1.- Respuesta en frecuencia de un conductor
El nivel de compatibilidad electromagnética (CEM) está relacionado con los acoplamientos entre los circuitos, acoplamientos que, a su vez, dependen directamente de las impedancias entre dichos circuitos.
Los conductores utilizados, así como su instalación, son determinantes
para el comportamiento electromagnético de la instalación.
Valores característicos de la impedancia de un conductor eléctrico de longitud L = 1 m
A 100 kHz, 2 cables de 1 mm2 en paralelo son menos impedantes que un cable de 35 mm2 ==> esta es la razón por la cual el mallado es importante.
1.1.- Respuesta en baja frecuencia «BF»
En baja frecuencia «BF», la corriente circula por el interior del conductor, mientras que en alta frecuencia «AF» predomina el efecto pelicular. La corriente circula por la superficie del conductor.
En baja frecuencia «BF» (50 Hz - 60 Hz) la sección del hilo es fundamental.
1.2.- Respuesta en alta frecuencia «AF»
En alta frecuencia «AF» (F > 1...5 MHz...)
- el perímetro de la sección del
conductor es fundamental (efecto pelicular)
- la sección del conductor es
poco significativa
- la longitud del cable es
determinante
Según los diferentes casos:
a: Z1, cable
desnudo (inductancia por unidad de longitud: l ≈ 1 µH/m).
b: Z2, cable
sujeto a una superficie metálica.
c: Z3, malla
metálica con contacto en todos los cruces (por ejemplo hierro para hormigón
soldado).
d: Z4, plano metálico.
Y para una misma longitud, las impedancias por unidad de longitud siguen el orden Z1 > Z2 > Z3 > Z4.
2.- Longitud y sección de un conductor
La impedancia de un conductor depende principalmente de la longitud de éste (impedancia por unidad de longitud).
En un cable normal, la inductancia pasa a ser fundamental a partir de 1 kHz.
Esto significa que, en el caso de un conductor de sólo unos pocos metros, el valor de la impedancia es de:
- algunos
«miliohmios», en corriente continua o a 50/60 Hz
- algunos ohmios,
en torno a 1 MHz
- varios centenares de ohmios, en alta frecuencia «AF» ( 100 MHz...)
Si la longitud
de un conductor es superior a 1/30 de la longitud de onda de la señal
conducida, la impedancia del cable es «infinita». ==> En este caso, la
instalación se comporta como si no hubiera conductor.
Un conductor no sirve para nada si L > 10/F(MHz) . Ejemplo: conductor enrollado.
3.- Efecto de antena de un conductor
Los
conductores son antenas a las que se puede acoplar el campo radiado. Además,
estos conductores también pueden emitir cuando los recorre una corriente de
alta frecuencia «AF».
3.1.- Longitud de las antenas
En conductores
de determinada longitud, en relación con la longitud de onda de la señal
radiada, el efecto de antena es muy significativo.
A esta frecuencia de 100 MHz, un
conductor de longitud L > 0,75 m se convierte en una eficaz antena.
4.- Hilo amarillo-verde PE-PEN
En las instalaciones antiguas,
realizadas sin tener en cuenta los fenómenos de «AF», la longitud de los conductores
amarillo-verde (PE-PEN) es tal (L > 1 a 2 m) que:
==>
Contribuyen con eficacia a la equipotencialidad de «BF» (50 Hz - 60 Hz) de la instalación
y, por tanto, a la seguridad de las personas y de los bienes (CEI 60364, NF C
15 100...).
==> No influyen prácticamente en la equipotencialidad de «AF» de la instalación y, por tanto, en la «CEM».
5.- Interconexión de las masas
==> Si el cable de masa es demasiado largo (L > 10 / F (MHz)) la instalación queda «flotante», aparecen diferencias de potencial entre los dispositivos y se produce la circulación de corrientes no deseadas.
Para conseguir la equipotencialidad «AF», es imprescindible hacer un mallado sistemático y riguroso de todas las masas.
6.- Elección de los cables en función de la clase de la señal conducida
6.1.- Clasificación de las señales por niveles de perturbación
6.2.- Tipo de
cables recomendados en función de la clase de la señal conducida
6.3.- Ejemplo de cables utilizados para las diferentes clases de señales
6.3.1.- Clase 1: Señales sensibles
6.3.2.- Clase 2: Señales poco sensibles
6.3.3.- Clase 3: Señales poco perturbadoras
6.3.4.- Clase 4:
Señales perturbadoras
7.- Rendimiento de los cables en relación con la «CEM»
8.- Reglas de cableado
8.1.- Los 10 preceptos:
8.1.1.- REGLA DE ORO DE LA «CEM»
Garantizar la
EQUIPOTENCIALIDAD de las masas en alta y baja frecuencia «AF» y «BF»
- a nivel
local (instalación, máquina...)
- a nivel general
8.1.2.- No llevar por un mismo cable o conductor trenzado señales de clase sensible (1-2) y perturbadora (3-4).
8.1.3.- Evitar colocar en paralelo cables de transmisión de señales de
clases diferentes:
sensibles
(clase 1 - 2) y perturbadoras (clase 3 - 4).
Limitar lo más posible la longitud de los cables.
8.1.4.- Separar lo más posible los cables que conducen señales de clases diferentes, especialmente los sensibles (1-2) y los perturbadores (3-4) -es efectivo y barato-.
Estos valores se dan a título indicativo y se considera que los cables están sujetos a un plano de masa y que su longitud es L < 30 m.
Cuanto mayor sea la longitud de los cables, mayor
deberá ser la distancia que separe unos de otros.
8.1.5.- Reducir lo más posible la
superficie de los bucles de masa.
Es necesario
garantizar la continuidad del plano de masa entre 2 armarios, máquinas,
equipos...
Sujetar todos los conductores, de un
extremo al otro, al plano de masa (chapas de fondo de armario, masas de
envolventes metálicos, estructuras equipotenciales de la máquina o del
edificio, conductores auxiliares, canaletas...)
8.1.6.- El conductor de IDA debe
estar siempre lo más cerca posible del conductor de VUELTA.
Los cables bifilares (2 conductores)
garantizan que el conductor de IDA irá canalizado en toda su longitud junto al
conductor de VUELTA.
8.1.7.- Utilizar cables blindados
permite llevar cables para la transmisión de señales de clases diferentes por
una misma canaleta.
8.1.8.- Conexión
de las pantallas.
8.1.8.1.- Pantalla
conectada en los dos extremos
• Muy eficaz contra las perturbaciones exteriores (alta
frecuencia «AF»...).
• Muy eficaz, incluso a la frecuencia de resonancia
del cable.
• No se producen diferencias de potencial entre el
cable y la masa.
• Permite llevar cables para la transmisión de señales
de clases diferentes si la conexión es buena (360°) y la equipotencialidad de
las masas también lo es (mallado...).
• Efecto reductor (alta frecuencia «AF») muy elevado -
300,
• En el caso de señales de alta frecuencia «AF»
elevadas y cables muy largos > 50 - 100 m, puede inducir corrientes de fuga
a tierra.
Muy
eficaz
Teniendo en cuenta que la equipotencialidad «BF» y «AF» es una regla de
oro de la «CEM», las
pantallas son mejores
si están conectadas a masa en los dos extremos.
La pantalla pierde eficacia si el cable es demasiado
largo.
Se recomienda multiplicar las conexiones intermedias a
masa.
8.1.8.2.-
Pantalla conectada solamente en un extremo
• Ineficaz frente a las perturbaciones exteriores en
un campo eléctrico de «AF».
• Permite proteger una conexión aislada (captador...)
contra un campo eléctrico de «BF».
• La pantalla puede hacer de antena y resonar
==> ¡En este caso las perturbaciones son mayores
que sin pantalla!
• Permite evitar el «zumbido» («BF»)
==> provocado por la circulación de una corriente
de «BF» a través de la pantalla.
==> es peligroso e ilegal - CEI 60364
Por tanto, la pantalla debe estar protegida de los contactos
directos.
En el extremo de una pantalla no conectada a la masa
puede aparecer una diferencia de potencial elevada.
Eficacia
media
Si no hay equipotencialidad («zumbido»), la conexión de la pantalla por uno solo de sus extremos es una manera de garantizar un funcionamiento aceptable.
8.1.8.3.-
Pantalla no conectada a masa: prohibido si es accesible al contacto.
• Ineficaz frente a las perturbaciones externas («AF»...).
• Ineficaz contra el campo magnético.
• Limita la diafonía capacitiva entre conductores.
• Se puede producir una elevada diferencia de potencial
entre la pantalla y la masa ==> es peligroso y está prohibido (CEI 60364).
Ineficaz
No tiene
ninguna eficacia, sobre todo si se compara con las posibilidades que ofrece una pantalla
instalada correctamente y con su coste.
8.1.9.- Los conductores libres o no
utilizados de un cable deben estar sistemáticamente conectados a masa (chasis,
canaleta, armario...) en los 2 extremos.
En el caso de señales de clase 1, si la
equipotencialidad de las masas de la instalación es mala, se pueden producir
«zumbidos» de «BF», que se superponen a la señal útil.
8.1.10.- Montar de forma que se crucen
en ángulo recto los conductores o cables que conduzcan señales de clases
diferentes, especialmente en el caso de señales sensibles (1-2) y perturbadoras
(3-4).
FUENTE:
Telemecanique: Compatibilidad electromagnética “CEM”
POST RELACIONADO:
Fenómenos de compatibilidad electromagnética “CEM”:
Conceptos
https://imseingenieria.blogspot.com/2021/07/fenomenos-de-compatibilidad.html
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