Seguridad Puesta a Tierra Schneider

(1)

Puesta a tierra y

compatibilidad

electromagnética de los

sistemas de automatización

Fundamentos y medidas

Manual de usuario

Septiembre 2004

(2)

(3)

Estructura de la documentación

Presentación

l Quantum - Hardware - Manual de referencia: UNY USE 10010 V20S l Quantum - Hardware - Manual de referencia: UNY USE 20110 V20S

(4)

(5)

Acerca de este libro . . . 13

Parte I

Legislación y normas. . . 15

Vista general . . . 15

Capítulo 1

Legislación y papel de las normas en la UE . . . 17

Sinopsis. . . 17

Armonización de leyes y normas en la UE . . . 18

Directiva sobre CEM en la UE. . . 21

Directiva sobre máquinas en la UE . . . 22

Directiva sobre baja tensión . . . 23

Localización de las directivas de la UE y las normas armonizadas . . . 24

Capítulo 2

Normas internacionales . . . 25

Papel de las normas . . . 26

Normas internacionales. . . 27

Normas de relevancia para los usuarios de sistemas de automatización. . . 28

Parte II

Puesta a tierra y compatibilidad electromagnética

(CEM) - Fundamentos . . . 31

Capítulo 3

Puesta a tierra: fundamentos . . . 33

Definiciones: puesta a tierra, conexión a masa, sistema del conductor de referencia . . . 34

Conexiones a tierra en los sistemas de corriente alterna TT, TN e IT . . . 36

Peligros de la corriente eléctrica para las personas . . . 38

Choque eléctrico: causas y medidas. . . 39

Clases de protección de los materiales eléctricos . . . 40

(6)

4.1 Efectos, causas y tipos de perturbaciones . . . 45

Efectos de las perturbaciones en una instalación industrial . . . 46

Principio de la influencia perturbadora: modelo de influencia . . . 47

Fuentes de perturbaciones . . . 48

Magnitudes y señales de perturbación . . . 52

Parámetros perturbadores efectivos . . . 55

4.2 Solapamiento de señales perturbadoras y útiles en los conductores . . . 56

Sinopsis . . . 56

Circuitos de funcionamiento simétrico y asimétrico . . . 57

Perturbación de modo diferencial . . . 58

Perturbación de modo común . . . 59

Conversión de modo común-modo diferencial . . . 61

4.3 Acoplamientos perturbadores . . . 62

Mecanismos del acoplamiento perturbador . . . 63

Acoplamiento galvánico . . . 65

Acoplamiento inductivo . . . 68

Acoplamiento capacitivo . . . 71

Acoplamiento por radiación . . . 74

Influencia de onda . . . 75

Medidas a tomar con cada tipo de acoplamiento . . . 76

Capítulo 5

Medidas básicas para la CEM . . . 77

Medidas de CEM para el sistema de conexión a masa. . . 78

Tendido de cable de cumplimiento con CEM . . . 81

Simetrización de circuitos . . . 81

(7)

electromagnética en sistemas de automatización:

directrices del sistema . . . 87

Capítulo 6

Medidas para el sistema completo . . . 89

Medidas en las fuentes de perturbaciones . . . 90

Directrices sobre la organización de dispositivos . . . 91

Protección contra descargas de electricidad estática . . . 92

Capítulo 7

Sistemas de conexión a masa,

puesta a tierra y protección contra rayos . . . 93

Sinopsis. . . 93

Combinación de puesta a tierra, conexión a masa y protección contra rayos y reglas más importantes para la seguridad. . . 94

Directrices para los sistemas de conexión a masa en edificios . . . 96

Directrices para la conexión a masa local de equipos y máquinas . . . 98

Directrices para la configuración de un sistema de conexión a masa en forma de isla . . . 99

Directrices para el sistema y la instalación de puesta a tierra . . . 102

Directrices para la protección contra rayos y sobretensiones. . . 105

Directrices para la conexión a masa y puesta a tierra en instalaciones de más de un edificio . . . 108

Directrices para la creación de conexiones a masa . . . 109

Capítulo 8

Suministro de energía . . . 115

Cómo se planifica el suministro de energía . . . 116

Directrices para el suministro de energía . . . 117

Capítulo 9

Armarios de distribución y máquinas . . . 119

Directrices para la organización de los dispositivos en el armario de distribución o en una máquina . . . 120

Directrices para la conexión a masa y la puesta a tierra en un armario de distribución . . . 123

Directrices para el sistema del conductor de referencia en un armario de distribución . . . 125

Directrices para el cableado en un armario de distribución . . . 126

Directrices sobre materiales e iluminación en el armario de distribución . . . 127

(8)

Sinopsis . . . 131

Clasificación de las señales según su comportamiento de CEM . . . 132

Directrices para elegir cables. . . 133

Directrices para la combinación de señales en cables, haces de conductores y conectores enchufables . . . 134

Directrices para el tendido en paralelo y el cruce de cables . . . 135

Directrices para la conexión a masa de blindajes de cables . . . 136

directrices para la conexión a masa de los cables no utilizados . . . 139

Directrices para el tendido de cable. . . 140

Directrices para la colocación de cables . . . 141

Directrices para cables en más de un edificio . . . 144

Parte IV

Familia Quantum . . . 145

Capítulo 11

Familia Quantum . . . 147

Sinopsis . . . 147

Baterías y fuentes de alimentación CC . . . 148

Información general . . . 148

Consideraciones de alimentación de CA y conexión a tierra. . . 150

Consideraciones de alimentación de CC y conexión a tierra . . . 155

Instalación de sistema cerrado . . . 162

Parte V

Familia Momentum . . . 165

Capítulo 12

Familia Momentum . . . 167

Sinopsis . . . 167

ESTRUCTURACIÓN DEL SISTEMA DE ALIMENTACIÓN. . . 168

(9)

Capítulo 13

Conformidad a la norma y datos de CEM. . . 181

Introducción. . . 181

Normas y certificaciones . . . 182

Condiciones de funcionamiento y prescripciones vinculadas al medio ambiente . . . 183

Capítulo 14

Elementos fundamentales: bastidores RKY, fuentes de

alimentación PSY . . . 191

Conexión de tierra en el rack RKY . . . 192

Montaje de los módulos del procesador . . . 193

Precauciones que se deben tomar cuando se reemplace un procesador PCX 57 . . . 195

Reglas de conexión de las alimentaciones PSY ... . . . 195

Conexión de los módulos de alimentación de corriente alterna . . . 198

Conexión de módulos de alimentación de corriente continua desde una red de corriente alterna . . . 200

Capítulo 15

Fuentes de alimentación para el proceso y AS-i SUP. . . 205

Conexión de las alimentaciones SUP 1011/1021 . . . 206

Conexión de las alimentaciones SUP 1051 . . . 208

Conexión de las alimentaciones SUP 1101 . . . 210

Conexión de las alimentaciones SUP A02. . . 213

Conexión de las alimentaciones SUP A05 . . . 215

Precauciones de tipo general . . . 219

Capítulo 16

Módulos de E/S digitales DEY/DSY. . . 221

Elección de las alimentaciones de corriente continua para los captadores y preaccionadores asociados a los módulos de entradas/salidas TON. . . 222

Precauciones y reglas generales de cableado de los módulos de entradas/salidas TON. . . 223

Medios de conexión de los módulos E/S TON: conexión en módulos con conector HE10 . . . 227

Medios de conexión de los módulos E/S TON: conexión en módulos con bloque de terminales de tornillos . . . 229

Medios de conexión de los módulos de E/S TON: conexión de los módulos con el conector HE10 a las interfaces TELEFAST . . . 231

(10)

Descripción general de los módulos de seguridad . . . 234

Precauciones de cableado. . . 235

Tamaño y longitud de los cables . . . 237

Capítulo 18

Módulos de contador CTY . . . 239

Principio de conexión de los captadores de contaje de tipo codificador . . . 240

Reglas generales de puesta en marcha . . . 241

Conexión de las alimentaciones del codificador . . . 243

Capítulo 19

Módulos de control de ejes CAY . . . 249

Prescripciones generales de cableado . . . 249

Capítulo 20

módulos de control de motor por pasos CFY . . . 251

Precauciones generales de cableado . . . 252

Capítulo 21

Módulo de control de levas CCY 1128 . . . 257

Precauciones al instalar el CCY 1128 . . . 258

Prescripciones generales de cableado . . . 259

Elección y protección de las alimentaciones auxiliares . . . 260

Elección de los codificadores para el CCY 1128 . . . 261

Conexión de la alimentación del codificador de CCY 1128 . . . 264

Reglas y precauciones de cableado particulares en el TELEFAST . . . 267

Capítulo 22

Módulos analógicos AEY/ASY . . . 271

(11)

Capítulo 24

Profibus . . . 283

Sinopsis. . . 283

Tendido de los conductores . . . 284

Blindaje y puesta a tierra de instalaciones con igualación de potencial . . . 285

Blindaje y puesta a tierra de instalaciones sin igualación de potencial. . . 286

Protección de sobretensión para líneas de bus (pararrayos) . . . 288

Descarga estática de cable largo PROFIBUS DP. . . 291

Borne de descarga capacitiva GND 001 . . . 292

Capítulo 25

Interbus . . . 295

Sinopsis. . . 295

Instalación del tornillo de conexión a tierra del adaptador de comunicaciones Momentum. . . 296

Funciones centrales de descarga para INTERBUS . . . 300

Protección de sobretensión para conductores de bus remoto (pararrayos). . . 301

Capítulo 26

Ethernet . . . 305

Vista general . . . 305 26.1 Reglas básicas . . . 307 Reglas y precauciones . . . 307 Presentación . . . 308 Tierra y masa . . . 309

Modo diferencial y modo común . . . 311

Cableado de las masas y del neutro . . . 312

Elección de los cables eléctricos de Transparent Factory . . . 313

Sensibilidad de las diferentes familias de cables . . . 314

26.2 Regulaciones sobre el cableado . . . 315

Reglas que debe seguir el instalador . . . 315

Primera norma de cableado . . . 316

Segunda norma de cableado . . . 317

Tercera norma de cableado . . . 317

26.3 Uso de las rutas de los cables . . . 318

Información básica . . . 318

Principios generales de utilización de las rutas de cables . . . 319

Modos de verificación de la longitud de un cable homogéneo . . . 324

Modo de verificación de la longitud de un cable heterogéneo . . . 326

Otros efectos protectores . . . 327

26.4 Enlaces entre bloques. . . 329

Introducción. . . 329

(12)

Elección y montaje de componentes de fibra óptica . . . 332

Elección del tipo de conexión óptica . . . 333

Colocación de los cables flexibles ópticos . . . 333

Capítulo 27

Red Modbus Plus . . . 335

Terminación y puesta a tierra de Modbus Plus . . . 336

Repetidores de fibra . . . 339

Capítulo 28

Red RIO . . . 341

Puesta a tierra de las redes RIO . . . 341

(13)

Presentación

Objeto Esta documentación está dirigida a los usuarios de sistemas de automatización Schneider Electric y sirve para la configuración e instalación de acuerdo con las medidas de puesta a tierra y compatibilidad electromagnética (CEM).

Esta documentación tiene los siguientes objetivos:

l Presentar la problemática sobre puesta a tierra y compatibilidad electromagnética en general

l Facilitar la selección de medidas de puesta a tierra y CEM en los sistemas como conjunto (máquinas o instalación)

l Mostrar las directrices para la configuración e instalación de componentes de Schneider Electric en relación con la puesta a tierra y la CEM

La primera parte contiene explicaciones sobre la legislación en la Unión Europea (UE) y en Norteamérica. Además, esta parte incluye otras notas sobre normas de relevancia internacional.

La segunda parte contiene los fundamentos sobre el tema puesta a tierra y perturbaciones electromagnéticas. Además, también encontrará explicaciones sobre las medidas básicas para CEM divididas según el tipo.

La tercera parte presenta las directrices para las medidas de puesta a tierra y CEM en una instalación automatizada, dividida según las áreas de la instalación. De la cuarta a la sexta parte aparecen indicaciones especiales de configuración e instalación para las tres familias de PLCs de Schneider:

l Quantum l Premium l Momentum

La séptima parte contiene indicaciones especiales de configuración e instalación para los componentes de las siguientes redes:

l Modbus Plus l Remote I/O l PROFIBUS l INTERBUS l Ethernet

(14)

Campo de aplicación

Los datos y las ilustraciones de este manual no son vinculantes. Nos reservamos el derecho a modificar cualquiera de nuestros productos en serie, según nuestra política de desarrollo continuo de productos. La información de este documento está sujeta a cualquier cambio o variación sin necesidad de previo aviso y no debe considerarse como responsabilidad de Schneider Electric.

Advertencia Schneider Electric no se hace responsable de ningún error que pueda aparecer en este documento. Si tiene alguna sugerencia de mejora o rectificación, o encuentra algún error en esta publicación, notifíquenoslo.

No se puede reproducir este documento de ninguna forma, ni en su totalidad ni en parte, ya sea por medio electrónico o mecánico, incluida la fotocopia, sin el permiso previo y escrito de Schneider Electric.

Al instalar y utilizar este producto es necesario tener en cuenta todos los sistemas de seguridad relacionados, ya sean regionales, locales o estatales. Por razones de seguridad y para garantizar que se siguen los consejos de la documentación del sistema, las reparaciones sólo las podrán realizar el fabricante.

Al utilizar controladores para aplicaciones con requisitos de seguridad técnicos, asegúrese de que se siguen las instrucciones importantes.

Si no se utiliza el software de Schneider Electric o software con productos de hardware aprobados por él, pueden producirse daños, deterioros o funcionamiento incorrecto del equipo.

Si no se respetan estas advertencias sobre el producto, pueden producirse daños corporales o materiales.

Comentarios del usuario

(15)

I

Vista general

Introducción Esta parte contiene explicaciones sobre la legislación en materia de compatibilidad electromagnética y puesta a tierra en instalaciones y máquinas en las que se utilicen sistemas de autómatas programables.

Contenido Esta parte contiene los siguientes capítulos:

Capítulo Nombre del capítulo Página

1 Legislación y papel de las normas en la UE 17

(16)

(17)

1

en la UE

Sinopsis

Introducción Este capítulo presenta los fundamentos legales y el papel que cumplen las normas en la UE con respecto a las instalaciones y máquinas en las que se utilizan los sistemas de autómatas programables.

Contenido: Este capítulo contiene los siguiente apartados:

Apartado Página

Armonización de leyes y normas en la UE 18

Directiva sobre CEM en la UE 21

Directiva sobre máquinas en la UE 22

Directiva sobre baja tensión 23

(18)

Armonización de leyes y normas en la UE

Armonización en la UE

Como "armonización en la UE" se comprende la aproximación de las distintas legislaciones de los Estados miembros de la UE. En el caso de los productos técnicos, se unifican los requisitos para poder eliminar las trabas comerciales. Para armonizar los requisitos técnicos, se han desarrollado directivas de la UE para aproximar las distintas normas legales. Estas directivas definen los requisitos mínimos fundamentales que deben cumplir los productos para poder comercia-lizarse en la UE.

Directivas de la UE

Las directivas de la UE no son leyes en sentido estricto, puesto que la Unión Europea no puede promulgar leyes. Sin embargo, éste es únicamente un aspecto de forma, ya que cada Estado miembro está obligado a dar rango de ley a los contenidos de estas directivas de la UE. Así, en la práctica, los requisitos formulados en las directivas de la UE acaban convirtiéndose en leyes en toda la Unión Europea.

Algunos ejemplos de directivas de la UE son: directiva sobre maquinaria, baja tensión, compatibilidad electromagnética, seguridad de los juguetes, etc.

Observe la normativa local Directivas relevantes para los usuarios de PLCs

Existen las siguientes directivas acerca de compatibilidad electromagnética y seguridad:

l Directiva sobre baja tensión

Directiva 73/23/CEE del Consejo, de 19 de febrero de 1973, relativa a la

Nota: En cualquier caso, además de las normas contenidas en este manual,

consulte la legislación y las normas locales. Este manual únicamente ofrece información general.

(19)

Declaración de conformidad y marca CE

Los fabricantes o quienes comercialicen un determinado producto en la UE deben cumplir las exigencias de las directivas correspondientes a ese producto en una llamada Declaración de conformidad. Además, los productos deben ostentar la marca CE.

Normas armonizadas

Las normas europeas armonizadas son normas elaboradas por los organismos europeos de normalización CEN y CENELEC y reconocidas en toda la UE como normas armonizadas. Estas normas concretizan la forma en que se pueden cumplir los requisitos contenidos en las directivas de la UE. Cada directiva dispone de cierto número de normas armonizadas.

Papel de las normas armonizadas

Si se trabaja de acuerdo con estas normas, podemos suponer que se cumple la conformidad. Sin embargo, no es obligatorio desde el punto de vista legal cumplir estas normas. Si se cumplen los requisitos contenidos en la directiva o las leyes nacionales correspondientes, se considera equivalente. No obstante, la aplicación de las normas presenta la ventaja de que resulta mucho más fácil presentar la declaración de conformidad y demostrarla en caso de conflicto jurídico.

Nota: La comprobación y confirmación de la conformidad suele correr a cargo del

propio fabricante. Él es quien asigna la marca CE al producto. En el caso de aquellos productos que representan un alto grado de peligrosidad, el responsable está obligado a someter su producto a laboratorios de comprobación externos (por ejemplo, en el caso de prensas o plantas madereras).

Nota: A pesar de lo mencionado anteriormente, no es suficiente con trabajar de

acuerdo con las normas. Éstas se comprenden únicamente como los requisitos mínimos que se deben cumplir. Sólo representan el estado de la técnica por oposición al estado de la ciencia y la técnica en un sentido más amplio.

(20)

Tipos de normas Entre los documentos de normalización europeos se distinguen tres tipos: l Norma europea (EN...)

En general, se pretende conseguir una norma europea. Una norma EN es una "regla del arte" europea elaborada por el Comité Europeo de Normalización (CEN) o por el Comité Europeo de Normalización Electrotécnica (CENELEC) en colaboración y con el acuerdo de los profesionales del sector de los Estados miembros. Las normas europeas deben adoptarse íntegramente como normas nacionales. Al mismo tiempo, deben retirarse todas las normas nacionales divergentes.

l Documento de armonización (HD...)

En lugar de normas europeas, también se pueden elaborar documentos de armonización cuando no es necesaria su conversión puesto que ya existe una norma nacional idéntica o cuando sólo es posible llegar a un acuerdo admitiendo desviaciones nacionales.

l Norma experimental europea (ENV...)

Las normas experimentales europeas (ENV) se desarrollan desde el CEN y el CENELEC para obtener disposiciones aplicables en un momento determinado y que sienten jurisprudencia, especialmente en áreas con un alto grado de innovación, como puede ser la tecnología de la información.

Dependiendo del área de aplicación, las normas se clasifican en los siguientes tipos:

l Tipo A (normas generales)

Contienen reglas técnicas no específicas para un producto. l Tipo B (Normas de grupo)

l Tipo C (normas de producto)

Contienen reglas técnicas para determinados productos o familias de productos. Las normas de productos sólo pueden complementar normas generales, no invalidarlas.

Normas de producto

Las normas de producto son válidas para ciertos grupos de productos. En una norma de producto también encontramos referencias a las normas generales

(21)

Directiva sobre CEM en la UE

Directiva sobre CEM

Cuando en 1989 se aprobó en la UE la Directiva sobre Compatibilidad Electromag-nética (CEM), se consiguió armonizar la legislación sobre compatibilidad

electromagnética de los productos técnicos en los Estados miembros. La directiva sobre CEM se convirtió en cada uno de los países miembros en leyes nacionales sobre compatibilidad electromagnética.

Requisitos La directiva sobre CEM exige que los dispositivos funcionen en un entorno electromagnético compatible con sus disposiciones sin causar a su vez perturba-ciones electromagnéticas que afecten a los dispositivos cercanos en su función.

Normas armonizadas

Los requisitos de seguridad se consideran cumplidos cuando los dispositivos cumplen las normas armonizadas europeas pertinentes.

Validez La directiva sobre CEM se aplica a los dispositivos que puedan causar perturba-ciones electromagnéticas o que puedan verse afectados durante su funcionamiento por estas mismas perturbaciones.

Como dispositivos se entienden todos los aparatos, instalaciones y sistemas eléctricos o electrónicos que contengan componentes eléctricos o electrónicos. Regula las condiciones de estos dispositivos para

l la comercialización, l la instalación y l la explotación. Normas armonizadas europeas pertinentes

Las normas armonizadas son normas cuyos fundamentos aparecen publicados en el Boletín Oficial de las Comunidades Europeas. El adjetivo "pertinentes" significa que las normas exponen algún requisito para la CEM general o particular que concierne al tipo de producto en cuestión.

(22)

Directiva sobre máquinas en la UE

Directiva sobre máquinas

La directiva de la UE sobre máquinas, aprobada en 1989 y modificada por última vez en 1998, consiguió armonizar la legislación sobre seguridad de la maquinaria en los Estados miembros. Esta directiva tomó rango de ley en cada uno de los países de la UE y países candidatos a partir del 1 de junio de 1995.

Requisitos La directiva sobre máquinas dispone los requisitos esenciales de seguridad y salud de validez general para las máquinas y los componentes de seguridad imprescin-dibles para la comercialización. Estos requisitos esenciales se ven ampliados por una serie de requisitos detallados para ciertas categorías de máquinas.

Validez La directiva sobre máquinas se aplica a máquinas y componentes de seguridad. El término máquina tiene aquí un sentido muy amplio y comprende una

combinación que va desde máquinas hasta instalaciones.

l Un conjunto de piezas u órganos unidos entre ellos, de los cuales uno por lo menos habrá de ser móvil y, en su caso, de órganos de accionamiento, circuitos de mando y de potencia, etc., asociados de forma solidaria para una aplicación determinada, en particular para la transformación, tratamiento, desplazamiento y acondicionamiento de un material.

l Un conjunto de máquinas que, para llegar a un mismo resultado, estén dispuestas y accionadas para funcionar solidariamente.

l Un equipo intercambiable que modifique la función de una máquina, que se ponga en el mercado con objeto de que el operador lo acople a una máquina, a una serie de máquinas diferentes o a un tractor, siempre que este equipo no sea una pieza de recambio o una herramienta.

Por componente de seguridad se entenderá el componente que no constituya un equipo intercambiable y que el fabricante, o su representante establecido en la Comunidad, ponga en el mercado con el fin de garantizar, mediante su utilización,

(23)

Directiva sobre baja tensión

Título introductorio

El título introductorio de la directiva sobre baja tensión es: Directiva 73/23/CEE relativa a la seguridad del material eléctrico

Objetivo de la directiva sobre baja tensión

La directiva sobre baja tensión (1973) tiene como objetivo armonizar los requisitos técnicos de seguridad en el material eléctrico con determinados límites de tensión en la UE y, con ello, eliminar las trabas comerciales.

Validez La directiva es aplicable al material eléctrico destinado a emplearse con una tensión nominal entre 50 y 1.000 V para corriente alterna y entre 75 y 1.500 V para corriente continua.

Se excluyen:

l Material eléctrico destinado a utilizarse en una atmósfera explosiva l Material eléctrico para electrorradiolgía y para usos médicos l Partes eléctricas de los ascensores y montacargas

(24)

Localización de las directivas de la UE y las normas armonizadas

Por qué únicamente en Internet

En todos los países hay gran cantidad de material impreso al respecto (manuales, catálogos de normas etc.). Toda esta bibliografía presenta el inconveniente de que no es posible saber si está en vigor o ha quedado obsoleta. Por el contrario, Internet ha evolucionado de tal modo que resulta el medio de búsqueda más útil para localizar información actualizada. Ésta es la razón por la que en este capítulo citaremos únicamente fuentes en Internet.

Localización de directivas de la UE

Los originales de las directivas de la UE se pueden encontrar en el sitio web de la Comisión Europea. Este sitio está disponible en cada una de las lenguas oficiales.

Localización de normas

armonizadas

En el sitio web de CENELEC, la organización de normalización europea para productos electrotécnicos, encontrará una lista actualizada de las normas europeas normalizadas por cada directiva de la UE:

Paso Acción

1 Abrir el sitio web de la Comisión Europea http://europa.eu.int/eur-lex. 2 Una vez en el sitio, indicar la siguiente ruta: Legislación vigente → Política

industrial y mercado interior. 3 Seleccionar Material eléctrico.

Resultado: Aparecerá una lista de las directivas sobre material eléctrico, así como el enlace directo al texto completo de dicha directiva.

Paso Acción

1 Abrir el sitio web de CENELEC http://www.cenelec.org. 2 En él, seleccionar Search → Standardization Activities.

(25)

2

Vista general

Introducción Este capítulo trata las normas técnicas internacionales sobre instalaciones y máquinas donde se utilizan sistemas de automatización.

Expone el objetivo de las normas y su papel en relación con la legislación. Finalmente, encontrará notas concretas sobre ciertas normas de relevancia.

Papel de las normas 26

Normas internacionales 27

(26)

Papel de las normas

Importancia de las normas

Los componentes de un sistema de automatización se fabrican, ensayan, certifican y autorizan de acuerdo con la normativa del país donde se vayan a utilizar. No sólo los fabricantes, también los usuarios de sistemas de automatización deben conocer la legislación y las normas. Y es que cualquier sistema automatizado que tenga incorporados componentes de un sistema PLC está a su vez sometido a ciertos requisitos legales. Para cumplir estos requisitos resulta útil e imprescindible la aplicación de normas, dado que reflejan el estado de la técnica.

Normas y Derecho

Definición de normalización

La normalización es la unificación de objetos materiales e inmateriales de utilidad general realizada de forma conjunta y planificada por los grupos interesados. Además de las normas internas, existe la normalización a nivel nacional e internacional.

La normalización tiene los siguientes objetivos:

l Promover la racionalización y la gestión de la calidad en la economía, la técnica y la administración

l Mejorar la seguridad de personas y objetos

l Mejora de la calidad en todos los ámbitos de la vida

Nota: Aunque las normas pueden alcanzar seguridad jurídica en cuestiones de

responsabilidad frente a los productos, no se trata de normas con carácter jurídico. Los organismos de normalización no son responsables de la aplicación de las normas. Es el constructor responsable el que controla esta aplicación mediante un análisis de riesgos conforme a la directiva sobre máquinas.

(27)

Normas internacionales

Normas internacionales

En muchos ámbitos, y especialmente en el de la electrónica, existen normas reconocidas en todo el mundo. El resultado de los esfuerzos a escala internacional es un conjunto de 10.000 normas internacionales de aplicación directa o que se pueden adoptar en las diferentes normas nacionales. Estas normas internacionales se incluyen en el corpus de las organizaciones de normalización internacionales.

ISO En la Organización Internacional de Normalización (ISO) colaboran 90 países a través de sus institutos de normalización nacionales. Un ejemplo muy conocido del trabajo de la ISO son las normas internacionales sobre sistemas de gestión de calidad ISO 9000 a 9004.

CEI La Comisión Electrotécnica Internacional (CEI) se encarga de la normalización en cuestiones electrotécnicas. En este campo existe una coincidencia casi absoluta con las normas armonizadas europeas, que en muchos casos se expresa en la coincidencia de su numeración.

CISPR El CISPR es el Comité Internacional Especial de Perturbaciones Radioeléctricas. El objetivo de las publicaciones y recomendaciones del CISPR es garantizar la seguridad en las emisiones radioeléctricas. Los documentos del CISPR contienen sobre todo disposiciones para los procesos de comprobación y los límites de emisiones perturbadoras para los productos eléctricos y electrónicos.

(28)

Normas de relevancia para los usuarios de sistemas de automatización

Introducción Las normas que se enumeran a continuación constituyen una selección de las normas europeas e internaciones de mayor relevancia para los usuarios de sistemas de automatización.

Normas relativas a productos

Las siguientes normas europeas e internacionales definen los requisitos de seguridad y compatibilidad electromagnética para los usuarios de sistemas de automatización. Se trata de una selección muy limitada y se halla restringida principalmente a las normas relativas a productos. Cada una de las normas incluye a su vez una lista de otras normas que son independientes de los productos y que pueden afectar a los casos de aplicación que nos ocupan.

Nota: Aunque las normas pueden alcanzar seguridad jurídica en cuestiones de

responsabilidad frente a los productos, no se trata de normas con carácter jurídico. Los organismos de normalización no son responsables de la aplicación de las normas. Sólo las normas legales tienen carácter vinculante en cada uno de los Estados.

Nº EN Nº CEI correspondiente Título

EN 61131-4 CEI 61131- 4 Autómatas programables – Parte 4: Guías de usuario

EN 50178 CEI 62103 Equipo electrónico para utilizar en instalaciones de potencia EN 60439- 1 CEI 60439-1 Conjuntos de aparamenta de baja

tensión

EN 60950 CEI 950 Seguridad de los equipos de tecnología de la información

(29)

Normas independientes de productos

Las siguientes normas europeas e internacionales definen los requisitos de seguridad y compatibilidad electromagnética independientes de los productos y que pueden afectar a los casos de aplicación que nos ocupan:

Nº EN Nº CEI correspondiente Título

HD 384.4.41 CEI 60364-4-41 Instalaciones eléctricas en edificios. Parte 4: Protección para garantizar la seguridad

Capítulo 41: Protección contra los choques eléctricos

EN 61140 CEI 61140 Protección contra los choques eléctricos. Requisitos comunes para instalaciones y materiales

EN 60204-1 CEI 60204-1 Seguridad de las máquinas - Equipo eléctrico de las máquinas

EN 50310 Aplicación de medidas para la

igualación de potencial y puesta a tierra en edificios con equipos de tecnología de la información

EN 50174-1 Tecnología de la información -

Instalación de cableado de comunicaciones - Parte 1:

Especificaciones y gestión de calidad

DIN EN 50174-2 Tecnología de la información -

Instalación de cableado de comunicaciones - Parte 2: Planificación de la instalación y práctica en edificios

(30)

(31)

II

electromagnética (CEM) -

Fundamentos

Vista general

Introducción Esta parte presenta los fundamentos sobre los temas principales de este manual: puesta a tierra y compatibilidad electromagnética.

En esta parte se definen los conceptos y se explican los entornos físicos necesarios o útiles para comprender las medidas que se aplicarán posteriormente.

Las directrices para la configuración se encuentran en Medidas de puesta a tierra y compatibilidad electromagnética en sistemas de automatización: directrices del sistema, p. 87y en medidas de puesta a tierra y compatibilidad electromagnética específicas para productos: directrices.

Contenido Esta parte contiene los siguientes capítulos:

Capítulo Nombre del capítulo Página

3 Puesta a tierra: fundamentos 33

4 Perturbaciones electromagnéticas y CEM 43

(32)

(33)

3

Vista general

Introducción Este capítulo explica ciertos conceptos sobre el tema puesta a tierra que resultan necesarios o útiles para la comprensión de las medidas de puesta a tierra que se han de tomar en la instalación o máquina.

Definiciones: puesta a tierra, conexión a masa, sistema del conductor de referencia

34

Conexiones a tierra en los sistemas de corriente alterna TT, TN e IT 36 Peligros de la corriente eléctrica para las personas 38

Choque eléctrico: causas y medidas 39

Clases de protección de los materiales eléctricos 40

(34)

Definiciones: puesta a tierra, conexión a masa, sistema del conductor de

referencia

Tierra y masa En casi todos los dispositivos y sistemas se diferencia entre las conexiones a tierra (conductor de protección) y masa (conductor de referencia/conductor neutro). Normalmente, las conexiones de tierra y masa se encuentran unidas en algún punto. Sin embargo, existe una diferencia:

Tierra Como tierra se entiende el contacto de masa que produce la tierra. Su potencial eléctrico toma el valor cero. Dentro de una instalación, como tierra se entienden los conductores de protección que sirven para garantizar la seguridad de personas, animales y bienes.

Términos utilizados como sinónimos para tierra: conductor de protección,

puesta a tierra, tierra de protección, tierra de equipamiento, tierra de estación

Masa La masa representa la totalidad de los componentes inactivos conectados entre sí que no toman ninguna tensión de servicio, aún en caso de error. La masa es la red equipotencial de una instalación y sirve como superficie de potencial de referencia conjunta de los circuitos de corriente eléctrica.

En una instalación estacionaria, la red equipotencial suele estar conectada a tierra (puesta a tierra). Sin embargo, la masa no tiene por qué conectarse con la tierra (tal y como sucede, por ejemplo, en los aviones).

La conexión a masa se caracteriza por las siguientes funciones:

l Superficie equipotencial para el sistema de conductor de referencia del sistema

Nota: Los conductores de tierra sólo conducen corriente en caso de fallo, los

conductores de masa conducen la corriente en servicio y con frecuencia representan el conductor de retorno de varios circuitos de señal.

(35)

Ejemplos de masa

Ejemplos de masa:

l Elementos con estructuras metálicas en un edificio (estructura portante, cañerías, etc.)

l Carcasa de máquinas

l Armarios metálicos, chapas de fondo sin lacar de las carcasas l Canales de cable metálicos

l Carcasa de transformadores, fondo de las máquinas l Conductores amarillo-verde (PE -PEN) de puesta a tierra

Conductor de referencia, sistema del conductor de referencia

El conductor de referencia de un aparato electrónico representa el potencial de referencia. Se conecta a masa.

El sistema del conductor de referencia representa la conexión galvánica de todos los conductores de 0 voltios del circuito de corriente necesario en el equipo electrónico. Entre los distintos puntos del nivel del conductor de referencia del sistema electrónico no pueden existir diferenciales de tensión para evitar que se produzcan tensiones de señal ficticias.

Por lo general, se utilizan varios circuitos para el intercambio de señal necesario en un sistema del conductor de referencia conjunto.

Términos utilizados como sinónimos para sistema del conductor de referencia: (sistema del) conductor neutro

(36)

Conexiones a tierra en los sistemas de corriente alterna TT, TN e IT

Sistemas de distribución

Según las conexiones a tierra en nuestros sistemas de corriente alterna (sistemas monofásicos, trifásicos más neutro o trifásicos más tierra), estos sistemas pueden resumirse en tres importantes sistemas (CEI 60364):

Nombre del sistema

Tipo de la conexión a tierra en la fuente de energía (primera letra)

Tipo de la conexión a tierra en el equipo (segunda letra)

Sistema TN Un punto del conductor neutro, la mayoría de las veces cerca de la fuente de corriente de alimentación, se pone a tierra directamente.

Las masas del equipo están conectadas con el punto puesto a tierra por medio de un conductor de protección.

Variantes Sistema TN-S Sistema TN-C Sistema TN-C-S

Según la utilización del conductor N, se diferenciarán entre tres variantes dentro de los sistemas TN:

l S: separación del conductor de protección y el conductor neutro

l C: conductor único con funciones de protección y neutro (PEN)

l C-S: sistema con uno o varios segmentos TN-C y TN-S Sistema TT Un punto del conductor neutro, la

mayoría de las veces cerca de la fuente de corriente de alimentación, se conecta a un electrodo de puesta a tierra.

Las masas del equipo están conectadas a otros electrodos independientes de la puesta a tierra del conductor neutro.

Sistema IT Ningún punto del sistema se pone a tierra directamente.

Las masas del equipo están puestas a tierra.

(37)

Significado de las letras

Las letras tiene el siguiente significado:

Asignación de las letras primera y segunda

Las letras identificativas de los sistemas de distribución de corriente se asignan tal y como se indica a continuación:

l Primera letra: Identifica la conexión a tierra en la fuente de energía (por ejemplo, transformador)

l Segunda letra: Identifica la conexión a tierra en el equipo

Letra Procedencia Significado

T francés: terre (tierra) Puesta a tierra directa de un punto

I francés: isolé (aislado) Todos los componentes activos están aislados con respecto a tierra o un punto de la red está puesto a tierra a través de una impedancia

N neutro Las masas están conectadas directamente al

punto de puesta a tierra del sistema

(En las redes de corriente alterna, el punto de puesta a tierra es en general el centro de estrella o, si no existe un punto de estrella, el conductor externo.)

S separado Para realizar la función de protección, se incluye un conductor aislado del conductor neutro o del conductor exterior puesto a tierra.

C inglés: combined (combinado)

Conductor combinado para las funciones de conductor neutro y conductor de protección (conductor PEN)

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Peligros de la corriente eléctrica para las personas

Descargas peligrosas para las personas (choque eléctrico)

Un choque eléctrico es la consecuencia de una descarga de corriente en un cuerpo humano. Las corrientes del orden de 1 mA pueden provocar reacciones en personas con buena salud llegando a causar shock a un nivel peligroso. Cuanto mayores sean los niveles de corriente, más dañinas serán sus consecuencias. En entornos secos, unas tensiones con picos de hasta 42,4 V o unas tensiones continuas de hasta 60 V no se consideran peligrosas.

Los componentes con los que se vaya a entrar en contacto deberán conectarse a un conductor de protección o aislarse adecuadamente.

Peligros de energía

Los cortocircuitos entre polos cercanos de los dispositivos de alimentación con altos niveles de corriente o circuitos con gran capacidad pueden hacer saltar chispas o partículas metálicas calientes y provocar quemaduras. Incluso los circuitos de bajo voltaje pueden llegar a ser peligrosos por este motivo.

Deberán utilizarse dispositivos de separación o detención para garantizar la seguridad.

Incendios Es posible provocar un incendio por las temperaturas resultantes de sobrecargas, fallos de los componentes, fallos de aislamiento y conexiones sueltas, así como por conexiones con una gran resistencia de transición.

En este caso, las medidas de protección tienen que ver con la prevención de incendios, la selección de materiales no inflamables, la toma de medidas para limitar la expansión del incendio, etc.

Otros peligros indirectos

Otros peligros indirectos

l Peligro de sufrir quemaduras: peligro de sufrir quemaduras al tocar piezas calientes.

(39)

Choque eléctrico: causas y medidas

Tensión peligrosa

Las siguientes tensiones son peligrosas:

l Tensión de CA con picos de 42,4 V y superiores l Tensión de CC de 60 V y superior

Causas Cuando una persona toca un componente que se encuentra bajo una tensión peligrosa, podría sufrir un choque eléctrico. Se distinguen dos tipos de contactos:

Medidas preventivas contra el contacto directo

Si los componentes se encuentran bajo tensiones peligrosas, se debe impedir que las personas entren en contacto directo, evitando así situaciones de peligro. Se deben considerar las siguientes medidas:

l Separación segura entre circuitos l Utilización de carcasas o cubiertas l Aislamiento de los componentes activos

l Limitación de la energía (descarga de condensadores, impedancia de protección)

l Limitación del voltaje

l Corriente de fallos adicional - dispositivos de protección

Medidas preventivas contra el contacto indirecto

Incluso en caso de fallo se debe evitar que las personas puedan sufrir choques eléctricos (por contacto indirecto).

Se deben considerar las siguientes medidas: l Aislamiento doble/reforzado

l Aislamiento básico y puesta a tierra de protección l Corriente de fallos adicional - dispositivos de protección

Tipo de contacto Definición

Contacto directo Contacto con componentes bajo tensión en funcionamiento normal

Contacto indirecto Contacto con componentes que se encuentran bajo tensión causada por un fallo

(40)

Normas pertinentes

Las siguientes normas regulan las medidas que se han de tomar contra choques eléctricos:

l Norma básica para la seguridad:

CEI 61140: Protección contra los choques eléctricos. Requisitos comunes para instalaciones y materiales (norma básica de seguridad)

l Norma conjunta de seguridad:

CEI 60364-4-41: Instalaciones eléctricas en edificios. Parte 4: Protección para garantizar la seguridad. Capítulo 41: Protección contra los choques eléctricos l Para las instalaciones:

CEI 62103 y EN 50178: Equipo electrónico para utilizar en instalaciones de potencia

l Para las máquinas:

CEI 60204: Seguridad de las máquinas - Equipo eléctrico de las máquinas

Clases de protección de los materiales eléctricos

Clases de protección

Los materiales eléctricos se dividen en las clases de protección 0, I, II y III. Estas clases de protección se definen por el tipo de protección que se debe utilizar contra choque eléctrico (CEI 61140).

Los autómatas programables y sus dispositivos periféricos deben cumplir las clases de protección I, II o III (según CEI 61131-2).

Clase de protección 0

El equipo eléctrico que sólo necesita un aislamiento básico para proteger contra corrientes peligrosas a las personas pertenece a la clase de protección 0. Esto significa que el cableado de la instalación no dispone de ningún medio para conectar componentes conductores por contacto al conductor de protección (puesta a tierra). En caso de fallar el aislamiento básico, el entorno será suficiente para evitar el peligro de descarga.

(41)

Clase de protección III

Los equipos eléctricos, cuya protección contra peligrosos choques o descargas se consigue por medio de muy baja tensión de seguridad (SELV), pertenecen a la clase III. En este tipo de equipos no podrá haber una tensión mayor que SELV.

SELV SELV (Safety extra-low voltage: muy baja tensión de seguridad) se define como un voltaje que, medido entre conductores o entre un conductor y la tierra, no excederá en ningún caso un pico ni una tensión constante de 42,4 V. Los circuitos en los que se utilice esta tensión deben estar separados de la fuente de alimentación por medio de un transformador de seguridad o un dispositivo similar.

Tierra de protección

Alternativas: aislamiento o tierra de protección

Todos los componentes de una instalación o de una máquina que puedan producir descargas peligrosas en caso de fallo, deberán tenerse en cuenta. Para garantizar la seguridad, estos componentes pueden aislarse doblemente o de forma reforzada, así como verse equipados con tierra de protección.

Tierra de protección: Definición

La tierra de protección es la puesta a tierra que, en primer lugar, sirve para garantizar la seguridad de las personas.

La tierra de protección es una medida preventiva para impedir un choque eléctrico causado por contacto indirecto, es decir, contacto con un componente al que se ha aplicado voltaje peligroso como resultado de un fallo, como por ejemplo, en el aislamiento básico.

Nota: La tierra de protección debe considerarse algo distinto claramente de la

tierra de funcionamiento. La tierra de funcionamiento no sólo sirve para la seguridad, sino que se trata de un componente funcional; sirve, por ejemplo, como voltaje de referencia o para desviar las corrientes perturbadoras.

(42)

Medidas para la tierra de protección

La precisión de la conexión con el potencial de tierra depende del equipo eléctrico y de los componentes, así como del tipo de red de distribución de la corriente (sistema TT, TN o IT).

A continuación se enumeran algunos principios básicos, importantes para la tierra de protección:

l Las secciones de los conductores de protección deben corresponder a la corriente de fuga máxima esperada.

l Las conexiones eléctricas deben corresponder a las cargas posibles en la práctica.

l La tierra de protección también debe garantizarse durante los trabajos de mantenimiento y puesta a punto.

l La tierra de protección tiene prioridad frente a la tierra de funcionamiento. Por ejemplo, no se debe inhabilitar para mejorar la compatibilidad electromagnética.

Tierra de protección de los PLCs

Los autómatas programables y dispositivos periféricos con la clase de protección I disponen de una conexión de tierra de protección.

Existen dos posibilidades para conectar el PLC al sistema de puesta a tierra: l El conductor de protección se encuentra en el cable de alimentación

directamente desde la red.

l El dispositivo presenta un borne de conductor de protección para conectar un conductor de protección externo.

Todos los componentes del dispositivo con los que se pueda entrar en contacto (como marcos, estructuras o carcasas) están conectados eléctricamente entre sí y con el borne del conductor de protección, de modo que no pueden producirse tensiones peligrosas. La conexión del conductor de protección también debe mantenerse intacta al trabajar en el dispositivo si la alimentación está conectada. Los requisitos para la construcción de PLCs y dispositivos periféricos se

Nota: La norma CEI 60364-5-54 contiene los requisitos de los sistemas de puesta

(43)

4

néticas y CEM

Vista general

Introducción Este capítulo ofrece los fundamentos electrotécnicos sobre las perturbaciones electromagnéticas. Se basa en las siguientes cuestiones:

l ¿Qué resultado pueden tener las perturbaciones electromagnéticas en las instalaciones industriales?

l ¿Cuáles son las fuentes de las perturbaciones?

l ¿Cómo interfieren las señales perturbadoras en las señales útiles de un circuito? l ¿Qué mecanismos de acoplamiento existen y qué medidas deben tomarse para

evitar fallos?

Es necesario conocer las respuestas para comprender los fenómenos

perturbadores y tomar las medidas necesarias a la hora de planificar e instalar equipos eléctricos en una instalación industrial.

Contenido: Este capítulo contiene las siguientes secciones:

Sección Apartado Página

4.1 Efectos, causas y tipos de perturbaciones 45

4.2 Solapamiento de señales perturbadoras y útiles en los conductores

56

(44)

(45)

4.1 Efectos, causas y tipos de perturbaciones

Vista general

Introducción Las perturbaciones electromagnéticas pueden afectar al funcionamiento de las instalaciones industriales en distinto grado: desde influencias aceptables en la operatividad hasta la destrucción de componentes. Las causas de estas perturba-ciones se pueden encontrar dentro o fuera de la instalación y se pueden clasificar desde distintos puntos de vista. Las propias perturbaciones pueden ser de distinto tipo y clasificarse según distintos criterios.

En este apartado se tratarán los efectos, causas y tipos de perturbaciones. Ante todo, pretende clarificar los conceptos y clasificarlos, por lo que resulta necesario para comprender el resto de partes del documento.

Contenido Esta sección contiene los siguientes apartados:

Efectos de las perturbaciones en una instalación industrial 46 Principio de la influencia perturbadora: modelo de influencia 47

Fuentes de perturbaciones 48

Magnitudes y señales de perturbación 52

(46)

Efectos de las perturbaciones en una instalación industrial

Grado de afectación

Los efectos de corrientes y voltajes no deseados en las instalaciones industriales van desde una degradación tolerable del funcionamiento hasta fallos inaceptables, llegando a fallos muy graves donde algún componente o toda la instalación deja de funcionar.

Los efectos se dividen según su gravedad:

Grado Descripción Ejemplo

Degradación del funcionamiento

El funcionamiento se ve afectado, pero se trata de un efecto aceptable.

Una leve imprecisión en las mediciones puede deberse a perturbaciones en el cable de señal. Estas imprecisiones se pueden admitir por estar dentro de una tolerancia admisible.

Mal funcionamiento El funcionamiento se ve afectado de forma inadmisible hasta que la perturbación va disminuyendo y termina.

Un codificador incremental para el registro de recorrido está conectado a un módulo de contador de un PLC. Un cortocircuito en el cable de alimentación del motor, tendido en paralelo, causa un impulso parásito por acoplamiento inductivo interfiriendo en la señal útil del cable del codificador, que se interpreta como impulso del contador en el siguiente circuito. Esto hace que ciertas funciones de la máquina se ejecuten en momentos inadecuados. Fallo grave Una perturbación inadmisible

del funcionamiento que sólo

Durante una llamada al servicio de asistencia, un técnico cargado

(47)

Otros ejemplos Otros ejemplos de los efectos que las perturbaciones tienen en una instalación son: l Impulsos individuales, es decir, sobretensiones con forma de impulsos

causadas, por ejemplo, al conectar un consumidor inductivo, como motores o válvulas. Éstos interfieren en el funcionamiento de sistemas digitales

estableciendo o eliminando registros si se excede el umbral de perturbaciones del dispositivo.

l Un edificio sólo dispone de una protección exterior contra rayos; su interior no está protegido. Si se produce un rayo, parte de la descarga fluye en el edificio dañando los circuitos electrónicos.

Principio de la influencia perturbadora: modelo de influencia

Modelo de influencia perturbadora

La influencia electromagnética de los dispositivos tiene lugar a través de

magnitudes perturbadoras que se transmiten desde las fuentes de perturbación a través de acoplamientos a los equipos susceptibles.

La influencia electromagnética se puede describir a partir de un modelo compuesto por una fuente de perturbaciones, un acoplamiento un equipo susceptible de perturbaciones:

Fuentes de perturbaciones

Las magnitudes de perturbaciones se originan en las fuentes de perturbaciones. Todos los dispositivos donde se transfiera energía electromagnética podrán ser fuentes de perturbaciones.

Las fuentes de perturbaciones pueden encontrarse dentro (internas) o fuera (externas) del sistema afectado.

Acoplamiento El acoplamiento de magnitudes perturbadoras en los equipos susceptibles puede producirse de varias formas:

l Galvánico: acoplamiento a lo largo de todo el circuito l capacitivo: acoplamiento a través del campo eléctrico l Inductivo: acoplamiento a través del campo magnético

l Influencia por ondas o radicación: acoplamiento a través del campo electromagnético

Equipo susceptible

Se consideran equipos susceptibles de interferencias todos los dispositivos y componentes cuyo funcionamiento se vea influido por magnitudes perturbadoras.

Fuentes de perturbaciones

Magnitud de

perturbación Acoplamiento

Magnitud de

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Magnitud de perturbación

Una magnitud de perturbación puede ser una tensión eléctrica, corriente o campos eléctricos y magnéticos. Se origina durante procesos electromagnéticos, tienen rangos de amplitud y frecuencia muy amplios a lo largo de distintos periodos de tiempo y afectan negativamente en distintos grados al funcionamiento de los equipos susceptibles.

Fuentes de perturbaciones

Clasificación de las fuentes de perturbaciones

La siguiente clasificación de fuentes de perturbaciones resulta muy útil en la práctica:

l Fuentes naturales y técnicas

l Fuentes con espectro de frecuencia de banda estrecha y banda ancha l Fuentes de magnitudes de perturbación por conducción y radiación l Fuentes de alimentación como fuentes de perturbaciones

l Fuentes regulares e imprevisibles l Fuentes continuas e intermitentes

Fuentes de perturbación naturales y técnicas

Dentro de las fuentes naturales y técnicas podemos distinguir:

Fuentes naturales de perturbaciones Fuentes técnicas de perturbaciones

l Rayos

l Ruido atmosférico y cósmico

l Descargas electrostáticas

Ejemplo:

l Controladores por tiristor con interferencias por flancos de corriente agudos

l Conexión y desconexión de grandes potenciales

l Generador de alta frecuencia

l Emisores

l Hornos

(49)

Fuentes de perturbaciones

Las fuentes de perturbaciones de banda estrecha son fuentes de señales con frecuencias discretas tales como:

l Transmisores de radio y radioaficionado l Transmisor-receptor portátil

l Radares

l Generadores industriales de alta frecuencia l Hornos microondas

l Circuitos de corriente de energía l Soldadores

l Receptores de sonido o FX l Dispositivos de ultrasonido l Convertidores de corriente

Estos aparatos pueden generar campos electromagnéticos sustanciales, sobre todo a su alrededor.

Fuentes de perturbaciones de banda ancha

Las fuentes de perturbaciones de banda ancha y las fuentes de perturbaciones por conducción y radiación son potentes disruptores en las instalaciones electrónicas de automatización, puesto que junto a su amplio rango de frecuencias tienen unas frecuencias muy altas.

Entre las fuentes de perturbaciones de banda ancha encontramos: l Motores

l Lámparas de descarga l Conmutadores de línea

l Seccionadores en fuentes de energía l Ruidos

l Circuitos de control con semiconductores l Dispositivos de conmutación (relés, contactores) l Descargas electrostáticas

l Descargas atmosféricas l Corona

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Fuentes de magnitudes de perturbación por conducción, red de alimentación

Este tipo de interferencia se conduce a través de conductores metálicos (cables o estructuras de cableado), transformadores, bobinas y condensadores. Como los conductores también funcionan como antenas, la perturbación puede convertirse en una interferencia por radiación y viceversa.

Ejemplos: Espectros de frecuencia de las magnitudes de perturbación por conducción:

Muchas de las fuentes de perturbaciones citadas dependen de la red de alimentación. La magnitud de perturbación se envía a la red de alimentación se transmite desde allí. De esta forma, la red de alimentación puede ser en sí misma la fuente de perturbaciones continuas e intermitentes.

Fuente Espectro de frecuencia predominante

en MHz Tubos fluorescentes 0,1 ... 3 Lámparas de vapor en mercurio 0,1 ... 1 Sistemas de procesamiento de datos 0,05 ... 20 Conmutadores 2 ... 4 Contactos de un conmutador de línea 10 ... 20 Contactores, relés 0,05 ... 20 Conmutadores de red 0,5 ... 25 Fuente de alimentación de CC (sincronizada) 0,1 ... 25 Corona 0,1 ... 10 Aspirador 0,1 ... 1

(51)

Fuentes de magnitudes de perturbación por radiación

Si las dimensiones de los componentes son pequeñas en comparación con la longitud de onda de la perturbación, la influencia por radiación se podrá observar por separado a través de los campos eléctricos y magnéticos.

Con altas frecuencias, el campo electromagnético debe observarse en conjunto. De esta forma, se consideran fuentes potenciales de perturbación todos los

dispositivos en los que se generen altas frecuencias y en los que los componentes funcionen, ya sea de forma deliberada o no, como antenas.

Ejemplo: Espectros de frecuencia de las magnitudes de perturbación por radiación:

Fuentes regulares e imprevisibles

Las diferencias entre las fuentes regulares e intencionadas pueden resultar útiles para el funcionamiento de la CE; cuando se deben determinar los rangos de frecuencia para dispositivos, la medidas de mejora de la seguridad frente a perturbaciones o de búsqueda de fuentes de perturbación desconocidas. Los valores de emisiones de las fuentes regulares deben tenerse en cuenta en el proceso de planificación.

Fuentes continuas o intermitentes

Puede resultar necesario diferenciar entre fuentes de perturbaciones continuas o intermitentes si, por ejemplo, se desea acabar con la influencia perturbadora escalonando el funcionamiento temporizado de la fuente y de la magnitud. Ejemplo: Desconexión de receptores durante una tormenta

Fuente Espectro de frecuencia predominante

en MHz Cirugía de alta frecuencia 0,4 ... 5 Interruptor biestable 0,015 ... 400 Contactos de termostato

(arco)

30 ... 1000

Motor 0,01 ... 0,4

Arco voltaico de conmutación 30 ... 200 Dispositivo de alimentación de CC 0,1 ... 30 Cubiertas de carcasas no tratadas 0,01 ... 10

Tubos fluorescentes, arcos voltaicos 0,1 ... 3 Semiconductor-multiplexador 0,3 ... 0 5 Contactos de levas 10 ... 200 Circuitos de conmutación 0,1 ... 300

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Magnitudes y señales de perturbación

Vista general Las magnitudes de perturbación y las señales perturbadoras que derivan de ellas abarcan un amplio rango de frecuencias y amplitudes. Pueden presentar muchos tipos de curva y clasificarse según distintos puntos de vista.

En cuanto a su aparición en el tiempo, distinguimos entre magnitudes de perturbación periódicas y no periódicas.

Magnitudes de perturbación periódicas

Las magnitudes de perturbación periódicas son señales sinusoidales. Fuentes de perturbaciones sinusoidales externas son la emisión de radio o televisión y los transmisores-receptores portátiles.

En las instalaciones industriales, las magnitudes de perturbación periódicas proceden de dispositivos de corriente alterna y trifásica, convertidores de corriente, lámparas fluorescentes, fuentes de alimentación y PCs. Generan distorsiones continuas en la tensión de alimentación, fluctuación en el voltaje, saltos de tensión y asimetrías en la alimentación de red trifásica.

Magnitudes de perturbación periódicas:

A

t

A

(53)

Magnitudes de perturbación no periódicas: transientes

Las magnitudes de perturbación no periódicas son impulsos parásitos breves (transientes).

Las propiedades de los transientes son la rapidez de cambio en la tensión du/dt y la corriente di/dt. En las redes industriales pueden aparecer sobretensión de desconexión de hasta 10 kV con un tiempo de incremento en un rango desde nseg. hasta seg. y frecuencias de hasta 100 MHz. Las velocidades de aumento de la tensión de estas temidas ráfagas varían de 2 a 5 kV/ns con una duración de pulso de 100 nseg. a 1 mseg.

Los impulsos transientes se ven principalmente en los sistemas digitales, ya que pueden perturbar el funcionamiento al establecer o borrar estados de memoria. Los transientes y las ráfagas se deben en la mayoría de los casos a cargas de arco voltaico o funciones de conmutación durante los siguientes procesos:

l Procesos habituales de interrupción y conmutación en dispositivos de alta y baja tensión, principalmente a través de contactos mecánicos.

l Cortocircuitos, choques de tensión, descargas de rayos. Magnitudes de perturbación no periódicas

A

t

A

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Magnitudes no periódicas en la tensión de alimentación

Las tensiones perturbadoras provocadas por procesos no periódicos en los conductos de la red de alimentación y cables de datos pueden alcanzar el rango de x kV.

Distintas formas de magnitudes de perturbación en redes industriales:

1 Interrupciones de conmutación 2 Controlador de fase 3 Procesos transientes 4 Ráfagas A t A t 1 2 A t A t 3 4

(55)

Parámetros perturbadores efectivos

Parámetro perturbador

Los parámetros de magnitudes de perturbación son:

l Tiempo de crecimiento: como medida para la duración de la magnitud de

perturbación

l Velocidad de cambio du/dt, di/dt: como medida para la intensidad de la

magnitud de perturbación

l Pico: como medida para la energía del impulso parásito

Causas de las magnitudes efectivas

Influencia de la frecuencia

El espectro de frecuencias de una magnitud perturbadora es importante, ya que la resistencia inductiva y la resistencia capacitiva de un conductor dependen de la frecuencia. Cuanto mayor sea la frecuencia de una magnitud perturbadora, mayor será la señal perturbadora. Las señales perturbadoras de alta frecuencia provocan en la resistencia inductiva de los conductores una caída de la tensión que aparece como una tensión perturbadora. En la capacidad del conductor provocan un flujo de carga que aparece como corriente perturbadora.

Espectro de frecuencias de un impulso parásito

De forma simplificada, podemos considerar un impulso parásito como un impulso rectangular. Se puede calcular como la suma de funciones sinusoidales. Cuanto mayor sea la precisión con que recreemos este impulso (es decir, cuanto mayor sea la pendiente en los flancos del impulso), de mayor frecuencia serán las tensiones necesarias para la recreación.

Nota: Las magnitudes de perturbación efectivas están causadas exclusivamente

por cambios de amplitud de los parámetros eléctricos por unidad de tiempo. La duración de la magnitud de perturbación es idéntica a la duración del cambio en la fuente de perturbaciones.

(56)

4.2 Solapamiento de señales perturbadoras y útiles

en los conductores

Sinopsis

Introducción La estructura de los circuitos eléctricos es decisiva para el modo en que una señal perturbadora solapa la señal útil y la facilidad con que se pueden volver a separar estas dos señales.

Este apartado aclara los conceptos "circuitos simétricos" y "circuitos asimétricos" y las interferencias en modo común y en modo diferencial como principales tipos de solapamiento de las señales perturbadoras y útiles en los circuitos.

Estos principios básicos resultan necesarios para comprender las medidas para compatibilidad electromagnéticas de la simetría de circuitos.

Contenido Esta sección contiene los siguientes apartados:

Circuitos de funcionamiento simétrico y asimétrico 57

Perturbación de modo diferencial 58

Perturbación de modo común 59