Los transformadores y la CEM

Comenzaremos indicando lo establecido en el addendum de la  norma IEC 60076-1:1997/A1:2000 y en el apartado 4.3 de la norma IEC 60076-11, ambas sobre transformadores de potencia en baño de aceite y secos respectivamente:

Norma IEC 60076-1:1997/A1:2000: Transformadores de potencia, Parte 1: Generalidades

COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA (CEM)

Los transformadores de potencia se deben considerar como elementos pasivos con respecto a la emisión y a la inmunidad a las perturbaciones electromagnéticas.

NOTA 1 – Algunos accesorios pueden ser sensibles a las interferencias electromagnéticas.

NOTA 2 – Los elementos pasivos no son susceptibles a crear perturbaciones electromagnéticas y su comportamiento no es susceptible de a ser afectado por tales perturbaciones.

Estas declaraciones pueden resultar extrañas para el personal técnico poco instruido en el tema y al profano en la materia se le debe informar que los campos y ondas electromagnéticos se encuentran en la textura más íntima de la materia y que intentar prescindir de ellos es prescindir de la materia, de la luz, de los alimentos y de la vida.

Sin embargo, todo tiene sus limitaciones lo que permite hablar de dosis de tolerancia y dosis de seguridad para las radiaciones energéticas o ionizantes en los seres vivos.

Por ello, la Norma europea EN 55011 “Equipos industriales, científicos y médicos. Características de las perturbaciones radioeléctricas. Límites y métodos de medición”, impone un ensayo de Emisión electromagnética, entre 9 y 150 kHz, en modo “radiado” y en modo “conducido”, sin fijar niveles límites. Esta norma está enfocada para proteger las transmisiones radio-eléctricas que se sitúan dentro de dicha banda.

Espectro Electromagnético

Ensayos en transformadores según EN 55011:

Se adjuntan, seguidamente dos tipos de ensayos normalizados, realizados en transformadores sumergidos y secos realizados en los laboratorios de France Transfo (Schneider Electric).

Medida de la radiación (9 khz - 150 khz)

Se sitúa el transformador en un espacio cerrado y apantallado simulando una caja de Faraday.

Se le hace funcionar al transformador normalmente (frecuencia nominal, tensión nominal y corriente nominal).

Se sitúa al lado del transformador una antena receptora de todas las bandas de frecuencia comprendidas entre 9 kHz y 240 MHz (>>150 KHz.) observando su captación.

Los resultados del ensayo son concluyentes:

El umbral autorizado está fijado para f  > 150 kHz, a Y = 5.000 mV/m.

Observándose en el ensayo que a 85 Mhz, se mide un campo de 30 mV/m, muy inferior a

5.000 mV/m.

Disposición típica del test en una caja de Faraday. Las medidas se hacen en dos etapas:

1.- calibrado del campo para una gama de frecuencias dadas, con la ausencia de equipo,

2.- verificación de la inmunidad del equipo.

Medida de la conducción (9 khz- 150 khz)

Se sitúa el transformador y se le hace funcionar en las mismas condiciones indicadas anteriormente para la medida de la radiación.

El medidor está conectado al transformador por medio de un condensador.

La medida abarca todas las frecuencias comprendidas entre 9 Khz y 30 Mhz, las bandas por encima de los 30 Mhz corresponden a energías radiadas y no conducidas.

Ambos ensayos de emisión electromagnética entre 9 y 150 Khz. en modo radiado y conducido son concluyentes. Afirmándose que los transformadores son, según las normas en vigor compatibles electromagnéticamente.

Configuración de medida de emisión por conducción. El equipo testado es considerado como un generador y la red estabilizadora de impedancia de línea como una carga

Las conclusiones a los resultados de estos ensayos establecen que en funcionamiento normal, los campos magnéticos alrededor del transformador son muy escasos, aproximadamente 5 veces el campo magnético terrestre.

Caja de Faraday semianecoica y algunas antenas

de un laboratorio CEM de Schneider Electric.

Abundando en lo anteriormente citado, se muestran a continuación los resultados de los ensayos del comportamiento electromagnético de un transformador seco de 1250 kVA, 20/0,42 kV. realizado en un Laboratorio Certificado:

Campo magnético a 1 metro de distancia = 14 μTeslas

Campo magnético a 2 metros de distancia = 4,25 μTeslas

Campo eléctrico = 2 kV/m.

NOTAS ACLARATORIAS:

NOTA 1: Según el CENELEC (Comité Europeo de Normalización Electrotécnica) en su guía R014-001 de 1999 “Radiated power frequency magnetic field” es sobre todo en la proximidad del juego de barras y cables de BT  (según su instalación), donde se pueden encontrar campos magnéticos muy importantes, el instalador podrá prevenirlo eventualmente si toma las precauciones oportunas (pantallas de aluminio, por ejemplo o canalizaciones prefabricadas). El campo magnético producido por las corrientes que fluyen en los devanados del transformador, es insignificante. 

Distancias de seguridad a cables de potencia para equipos electrónicos y seres humanos

De hecho, los transformadores (pero no los autotransformadores) son separadores eficaces, particularmente para las bajas frecuencias: transformadores MT/BT, transformadores de aislamiento y todos los transformadores de entrada a los aparatos electrónicos actúan como limitadores de la propagación de perturbaciones por conducción.

NOTA 2: En fenómenos transitorios, como en la puesta en tensión del transformador, cortocircuitos, etc..., el campo magnético puede aumentar hasta 20 veces. Precauciones habituales como el blindaje o alejamiento pueden ser consideradas acciones preventivas en la instalación.

NOTA 3: La experiencia ha demostrado que en los casos en que un transformador trabaja en un entorno eléctrico perturbado o en condiciones de tensión, carga o frecuencia fuera de sus parámetros nominales, el transformador puede llegar a alterar su comportamiento electromagnético, pero ni siquiera en estos u otros casos semejantes pueden imputarse al transformador las perturbaciones que por mala utilización pudiera generar.

Parámetros comparativos

Para comparar los resultados de los anteriores  ensayos con parámetros más conocidos y de los que estamos más familiarizados, como por ejemplo, los campos eléctricos generados por los conductores que forman las líneas de transmisión de 50 Hz. El campo magnético que existe bajo  una línea normal nunca supera los 20 μTeslas. El campo magnético continuo en él que vivimos, oscila de un punto a otro de la superficie de la Tierra pero es del orden de los 50 μTeslas. El campo magnético que actúa sobre un paciente en un experimento de Resonancia Magnética Nuclear es de cuatro millones de μTeslas ó 4 Teslas, un secador de pelo a 4 cm de nuestra cabeza se sitúa en los 10 μTeslas.

Por otro lado, el campo eléctrico creado por una tormenta alcanza los 20 kV/m. un aparato portátil emisor de ondas de radio de 1 W, por ejemplo un walkie-talkie, genera, a un metro de su antena, campos del orden de 3 a 5 V/m).

EJEMPLO: Medida de campos magnéticos en un centro de transformación de un hospital

Situación: Centro de Transformación y cuadro General de Baja tensión situados debajo de la Sala de Resonancia Magnética, Sala de rayos X y Quirofano.

Problema: Perturbaciones en el correcto funcionamiento del equipamiento, apagado automático, mala calidad de imagen, etc.

Solución: Apantallado del suelo y dos metros de pared desde el forjado.

Efecto: Los niveles de campo Magnético en el interior de la sala, se situaron en todos los puntos de influencia del Centro de Transformación por debajo de los 3,75 μTeslas.

Valores del campo magnético en un Centro de Transformación

como fuente de perturbaciones antes del apantallamiento

Valores del campo magnético en un Centro de Transformación

como fuente de perturbaciones después del apantallamiento

Sala de resonancia magnética, apantallamiento sobre plomo

Sala de Rayos X

Cuadros Eléctricos situados muy cerca de Sala de Rayos X.

Problema: Perturbaciones en el correcto funcionamiento del equipamiento.

Solución: Apantallado de la pared y parte del techo, en la zona de la sala de Rayos X, colindante al cuadro Eléctrico.

Efecto: Los niveles de campo Magnético en el interior de la sala de Rayos X, se situaron en todos los puntos de influencia del Centro de Transformación por debajo de los 3,75 μTeslas

Cables de Potencia cercanos a quirófano.

Problema: Apagado automático de equipos a mitad de operación.

Solución: Apantallado de los cables, mediante la colocación de bandejas apantalladoras en todo el recorrido, en el cual los valores eran excesivos.

Efecto: Los niveles de campo Magnético en dicha sala se mantuvieron por debajo de 1 μTeslas.

Otras Normas y recomendaciones

Normativas para equipos electrónicos

Las siguientes normativas son, en algunos casos obligatorias para cumplir las condiciones de operación del fabricante y en otros casos recomendaciones internacionales a falta de una normativa más específica en la materia.

EN / IEC 61000-4-3: Compatibilidad electromagnética (CEM). Parte 4-3: Técnicas de ensayo y de medida. Ensayos de inmunidad a los campos electromagnéticos, radiados y de radiofrecuencia.

·         Esta normativa fija unos niveles máximos de campo magnético de 1 V/m.

·         Esta normativa es la más seguida por fabricantes de equipos electrónicos e informáticos.

·         Los equipos eléctricos, deben ser inmunes a Campos Eléctricos desde 0 a 10 V/m

·         apertura automática de puertas de garajes

·         apertura automática de ventanillas de coches

·         Malfuncionamiento de equipamiento médico electrónico

·         reinicio de ordenadores, etc.

EN/IEC 61000-4-4: Compatibilidad electromagnética (CEM). Parte 4-4: Técnicas de ensayo y de medida. Ensayos de inmunidad a los transitorios eléctricos rápidos en ráfagas.

“Inmunidad frente a transitorios hasta 4 kV y 2,5 kHz”

EN/IEC 61000-4-5: Compatibilidad electromagnética (CEM). Parte 4-5: Técnicas de ensayo y de medida. Ensayos de inmunidad a las ondas de choque.

“Inmunidad frente a transitorios de rayo de hasta 4 kV  (8/20 ms) (ANSI C62.41, MIL STD* 461 E).

*MILITARY STANDARD

-EN/IEC 61000-4-8: Compatibilidad electromagnética (CEM). Parte 4-8: Técnicas de ensayo y de medida. Ensayos de inmunidad a los campos magnéticos a frecuencia industrial.

“Un equipo debe ser inmune a Campos Magnéticos de hasta 37,5 mG”

UNE/EN/IEC 55011: Equipos industriales, científicos y médicos. Características de las perturbaciones radioeléctricas. Límites y métodos de medición

IEC 55022: Equipos de tecnología de la información. Características de las perturbaciones radioeléctricas. Límites y métodos de medida.

Normativas para seguridad humana

Las siguientes normativas son, en algunos casos obligatorias para cumplir los límites legales y en otros casos recomendaciones internacionales a falta de una normativa más específica en la materia.

Real Decreto 1066/2001:

·         Normativa de seguridad para personas 41 V/m.

·       Estos valores son extremadamente altos y obsoletos, aunque fijan un precedente y un punto de partida a falta de una normativa más restrictiva.

Países como Suiza, Nueva Zelanda y algunos estados de EEUU, fijan valores máximos de 2 V/m para personas.

Los principales fabricantes de equipamiento médico requieren que se cumpla las normas EN 60601-1 y EN60601-2.

Dichas normas fijan niveles máximos de campo magnético en 3,75 μTeslas o 3 A/m para Baja Frecuencia y que las salas estén faradizadas.

Diferentes normativas requieren que Las salas de Rayos X estén apantalladas.

ICNIRP (International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection): “El nivel de referencia para exposición a campo magnético es de 1 G”

NCRM (Norma Americana National Council on Radiation and Measurement): “El nivel máximo recomendado de exposición al Campo Magnético es de 10 mG (100 μT)”