Monterrey, N.L.
Tel. 81 3455 3888
Guadalajara, Jal.
Tel. 33 2715 4690
Mazatlán, Sin.
Tel. 669 984 1412
ventas@eacsa.com.mx
Monterrey, N.L.
Tel. 81 3455 3888
Guadalajara, Jal.
Tel. 33 2715 4690
Mazatlán, Sin.
Tel. 669 984 1412
ventas@eacsa.com.mx
La coexistencia de equipos de diverdas tecnologías diferentes sumada a la deficiencia de instalaciones facilita la emission de energía electromagnética y esto puede causar problemas de compatibilidad electromagnética.
La EMI es la energía que causa respuesta indeseable a cualquier equipo y puede generarse por el surgimento de chispas en los cepillos de motores, llaveado de circuitos de potencia, activación de cargas inductivas y resistivas, activación de llaves, disyuntores, lámparas fluorescentes, calentadores, bujías automotivas, descargas atmosférias y también la descarga electrostáctica entre personas y equipos, aparatos de microondas, equipos de comunicación movil, etc. Todo eso puede causar cambios y alto voltaje, baja tensión, picos, transientes, etc. y que pueden tener impacto negativo en redes de comunicación. Esto es común en industrias y fábricas donde EMI es muy frecuente debido al uso de máquinas (por ejemplo, de soldadura), y motores (CCMs), además de redes digitales y de computadoras cercanas.
El mayor problema causado por EMI son las situaciones esporádicas que degradan despacio los equipos y componentes. Incontables problemas pueden generarse por EMI, por ejemplo, en equipos electrónicos, originando fallos en la comunicación entre dispositivos de una red de equipos o computadoras, alarmes generados sin explicación, lógica o comando en relés, la quema de componentes y circuitos electrónicos, etc. Es muy común la ocurrencia de ruidos en la alimentación eléctrica debido a mala puesta a tierra y blindaje, o aún error de proyecto.
La topología y la distribución del cableado, los tipos de cables, las técnicas de protección son factores que se deben considerar para minimizar los efectos de EMI. No olvidar que en altas frecuencias los cables funcionan como un sistema de transmisión de líneas cruzadas y confusas, reflejando energía y difundiendola entre todos los circuitos. Mantener las conexiones en buenas condiciones, pues conectores inactivos por mucho tiempo pueden desarrollar resistencia o volverse detectores de RF.
Un ejemplo típico de la influencia de EMI en el funcionamiento de un componente electrónico, es un capacitor sometido a un pico de tensión mayor que su tensión nominal especificada, arriesgándose a degradar el dieléctrico, cuya espesura es limitada por la tensión operativa del capacitor, lo que puede producir un gradiente de potencial inferior a la rigidez dieléctrica del material, causando la disfunción o mismo quemar el capacitor. O entonces pueden generarse corrientes de polarización de transistores, llevándolos a saturación o corte, o aún, dependiendo de la intensidad, a la quema de componentes por efecto joule.
Este artículo les mostrará algunos detalles sobre Profibus, puesta a tierra, blindaje, ruidos, interferencias y mucho más.
En mediciones:
Muchas veces la confiabilidad de un sistema de control se pone en riesgo debido a sus malas instalaciones. Por lo general, los usuarios son transigentes y, tras análisis más criteriosas, se descubren problemas involucrando cables y sus rutas y embalajes, blindajes y puesta a tierra.
Es de suma importancia haber la concientización de todos participantes y más que todo, el compromiso con la confiabilidad y la seguridad de funcionamiento de máquinas y de personas en una planta.
Este artículo brinda informaciones y pistas sobre sistemas de puesta a tierra, destacando que las regulaciones locales siempre prevalecen en caso de duda.
Confiabilidad de un sistema de automatización y control
Muchos requisitos deben cumplirse para garantizar los diversos niveles de confiabilidad, incluyendo:
Existe también una relación directa entre confiabilidad y costo, y además de esto, seguridad y costo, donde muchas veces ocurre negligencia técnica. Hay condiciones mínimas reglamentadas que se deben cumplir en su totalidad.
La NBR-5410 es el estándar brasileño para instalaciones eléctricas de baja tensión. El orienta como configurar y calcular los sistemas de puesta a tierra, además de los puntos equipotenciales para conexión de los sistemas de protección eléctrica, electrónicos y contra rayos.
Estándares complementares:
Es la conexión intencional de un equipo o sistema a tierra de manera a proporcionar un camino seguro y de baja resistencia.
Todo circuito debe tener un conductor para protección a lo largo de su extensión.
Los sistemas de puesta a tierra deben ejecutar varias funciones simultáneas, como proporcionar seguridad a personas y a todo el equipo. En seguida está una lista de funciones básicas de los sistemas de puesta a tierra como:Proveer seguridad personal a los usuarios;
El conductor neutro está normalmente aislado y el sistema de alimentación debe ser el TN-S (T: punto directamente puesto a tierra, N: masas conectadas directamente al punto de alimentación puesto a tierra, S: conductores separados para neutro y protección.
El conductor neutro ejerce su función básica de conducir las corrientes de retorno del sistema.
El conductor de protección ejerce su función básica de conducir a tierra las corrientes de masa. Todos los alojamientos deben conectarse al conductor de protección.
El conductor de equipotencialidad debe ejercer su función básica de referencia de potencial del circuito electrónico.
Sistema TN-S(Red externa pública) (instalación
Fuente de Suministro Instalación
Equipos de Instalación
Fuente de Suministro Partes conductoras expuestas
Red de Origen
Para satisfacer las funciones anteriores destácanse tres características fundamentales:
1. Capacidad de conducción;
2. Bajo valor de resistencia;
3. Configuración de eléctrodo que posibilite el control del gradiente de potencial.
Independientemente de la finalidad, sea protección o funcional, la puesta a tierra debe ser única en cada lugar de instalación. Existen situaciones donde las conexiones a tierra pueden ser separadas, pero es necesario tomar precauciones.
Relativamente a la instalación de componentes del sistema de puesta a tierra, deben adoptarese algunos criterios:
Definición: Equipotencializar es ubicar todo debajo del mismo potencial.
En la práctica: Equipotencializar es reducir la diferencia de potencial para minimizar accidentes.
En cada edificación debe realizarse una equipotencialización principal y aún conectar las masas de las instalaciones ubicadas en la misma edificación y, por lo tanto, al mismo y único eléctrodo de la puesta a tierra. Ver figuras 2 y 3.
La equipotencialización funcional tiene la función de ecualizar la puesta a tierra y garantizar el buen funcionamiento de los circuitos de señal y la compatibilidad electromagnética
Principal: Debe tener al mínimo la mitad de la sección del conductor de protección de mayor sección y:
Para otros pisos , Computadoras
Paneles Eléctricos y distribución de energía
Instrumentación
Tamaño máximo de los lazos: 4 m
Figura 2 – Equipotencialización
.jpg)
Figura 3 – Línea de Puesta a Tierra y Equipotencial de Instalaciones
.jpg)
Figura 4 – Material para Equipotencializar
Observa la figura 5, donde hay una fuente generadora de alta tensión y ruidos de alta frecuencia y un sistema de medición de temperatura a 25m de la sala de control y donde, dependiendo del embalaje de causados por la electrólisis señales, se puede alcanzar hasta 2.3kV en los terminales de medición. Según se mejoran las condiciones de blindaje, puesta a tierra y equalización se puede alcanzar la condición ideal para medición.
Fuente generadora de alta tensión y de ruidos de alta frecuencia Sensor de Temperatura Sala de control 25m de cable Tierra
Efecto en la señal según el tratamiento de puesta a tierra
Figura 5 – Ejemplo de la importancia de la puesta a tierra y la equipotencialización y su influencia en la señal
En sistemas distribuidos, tales como el control de procesos industriales, cuyas areas están fisicamente distantes y alimentadas por fuentes diferentes, la orientación es tener el sistema de tierra en cada lugar y aplicar las técnicas de control de EMI en cada ruta de señal, de acuerdo con la figura 2.
La puesta a tierra inadecuada tiene implicaciones que no se limitan a los aspectos de seguridad. Los principales efectos de mala puesta a tierra son choques eléctricos a los usuarios por contacto, respuesta lenta o intermitente de los sistemas de protección, tales como fusibles, disyuntores, etc.
Pero aún otros problemas operativos pueden originarse de puesta a tierra deficiente:
El sistema de puesta a tierra debe ser único y satisfacer a diferentes finalidades:
Como consecuencia, los equipos con alojamientos metálicos quedan expuestos a ruidos en los circuitos de puesta a tierra de energía y rayos.
Para satisfacer a los requisitos de seguridad, protección contra rayos y EMI, el sistema de puesta a tierra debería ser un plano con impedancia cero, cuya mescla de diferentes niveles de corriente no tendría interferencia. O sea, una corriente ideal, pero que no se confirma en la realidad.
Se puede ver este sistema por un solo punto en la figura 6, donde el punto marcante es una única puesta a tierra distribuida a toda la instalación.
Sistema A B C D
Puesta a tierra de punto único
Figura 6 –Puesta a tierra de punto único
Esta configuración es más adecuada al espectro de frecuencias bajas y satisfaz perfectamente a los sistemas electrónicos de alta frecuencia instalados en áreas reducidas.
Además, este sistema debe aislarse y no servir de camino de retorno para corrientes de señales, las cuales deben circular por conductores de señales de pares equilibrados, por ejemplo.
Para frecuencias altas, el sistema multipunto es lo más indicado, según se ve en la figura 7 a, incluso simplificando la instalación.
Sistema A B C D
Puesta a tierra multipunto
Figura 7 a – Puesta a tierra multipunto
Electrodos
Neutro
carga 1 carga 2
impedancia de puesta a tierra
carga 2 carga 3
Figura 7 b – Puesta a tierra en la práctica
Muchas conexiones de baja impedancia entre los conductores PE y los electrodos de puesta a tierra mescladas com diferentes caminos de alta impedancia entre los electrodos y las impedancias de los conductores crean un sistema complejo con una red de impedancia (ver figura 7 b), y las corrientes que fluyen a través de el genera diferentes potenciales de puesta a tierra en las conexiones de esta red.
Los sistemas de puesta a tierra multipuntos con circuitos equilibrados, por lo general, no presentan problemas de ruidos. En este caso ocurre el filtraje del ruido, cuyo campo queda contenido entre el cable y el plan de tierra.
Figure 8 – Puesta a tierra multipunto inadecuado
Figura 9 – Puesta a tierra en punto único inadecuado
En la figura 9 se ve una puesta a tierra adecuada cuyas corrientes individuales se mueven hacia un punto único.
Un lazo de puesta a tierra ocurre cuando existe más de un camino de aislamiento, generando corrientes indebidas entre estos puntos.
Estos caminos forman el equivalente al lazo de una antena que capta las corrientes de interferencia con mucha eficiencia.
En consecuencia, la referencia de tensión se instabiliza y el ruido surge en las señales.
Equipo 1
Señal Z
Equipo 2
Señal de cable
Figura 10 - Lazo de puesta a tierra
En la práctica, lo que sucede es un “sistema mixto” separando circuitos semejantes y aislándolos en cuanto a ruidos:
Estos tres circuitos se conectan al conductor de protección.
Equipo 1 Equipo 2
Cable de señal Fallo Corriente Rayos
Interferencia
Corriente de lazo
Diferencia de Potencial (DDP)
Figura 11 – Puesta a tierra a nival de los equipos, en la práctica
Las señales pueden variar básicamente debido a:
Las principales fuentes de interferencia son:
El acoplamiento capacitivo está representado por la interacción de campos eléctricos entre conductores. Un conductor pasa próximo a una fuente de ruido (el perturbador), capta este ruido y lo transporte a otra parte del circuito (la víctima). Es el efecto de capacitancia entre dos cuerpos con cargas eléctricas, separadas por un dieléctrico, lo que llamamos de efecto de capacitancia mútua.
El efecto del campo eléctrico es proporcional a la frecuencia y inversamente proporcional a la distancia.
O nível deperturbação depende das variações da tensão (dv/dt) e o valor da capacitância de acoplamento entre o “cabo perturbador” e o “cabo vítima”.
El nivel de perturbación depende de las variaciones de tensión (dv / dt) y el valor de la capacitancia de acoplamiento entre el “cable perturbador” y el “cable víctima”.
La capacitancia de acoplamiento aumenta con:
Figuras 12a y 12b muestran ejemplos de acoplamientos capacitivos
Fuente Rs Fuente RL Victima RL
Fuente V Víctima Rs
Plan de puesta a tierra
Crosstalk por acoplamiento capacitivo
Cables paralelos sobere el plan de puesta a tierra
Figura 12 a – Efecto de acoplamiento capacitivo
Fuente V
Víctima V
Figra 12b – Ejemplo de efecto por acoplamiento capacitivo
La figura 13 muestra el acoplamiento y sus fuentes de tensión y corriente en modo común y diferencial.
Modo Diferencial Modo Común Fuente Víctima
Fuente Víctima
VsDM: (modo diferencial) – Fuente de disturbio de tensión
IvDM: (modo diferencial) – Corriente de disturbio en el circuito víctima
VsDm: (modo común) – Fuente de disturbio de tensión
IvCm: (modo común) – Corriente de disturbio en el circuito víctima
Figura 13 – Modo diferencial e modo comum – Acoplamento capacitivo
1. Limitar la largura de los cables corriendo en paralelo
2. Aumentar la distancia entre el cabo perturbador y el cable víctima
3. Conectar a tierra una de las extremidades del blindaje de los dos cables
4. Reduza el dv/dt de la señal perturbadora, aumentando el tiempo de pico de la señal, bajando la frecuencia, cuando necesario
Siempre que posible proteger el conductor o equipo con material metálico (blindaje de Faraday). Lo ideal es cobrir 100% de la parte a protegerse y poner a tierra este blindaje para que la capacitancia parásita entre el conductor y la blindaje no actue como elemento de realimentación o crosstalk. La figura 14 muestra la interferencia entre cables, en que el acoplamiento capacitivo entre cables induce transientes (picos electrostácticos) de tensión. En esta situación la corriente de interferencia se drena a la puesta a tierra por el blindaje, sin afectar los niveles de señales.
Cable de Alimentación ALTO VOLTAJE
Cable Profibus El transientes se acopla a la puesta a tierra a través del blindaje
Figura 14 – Interferencia entre cables:el acoplamiento capacitivo entre cables induce transientes (picos electrostácticos) de tensión.
La figura 15 muestra ejemplo de protección contra transientes
Figura 15 – Ejemplo de protección contra transientes (mejor solución contra corriente de Foucault)
Como reducir interferencias electrostácticas:
En la figura 16 se ve la capacitancia en el acoplamiento entre dos conductores separados por una distancia D.
Figura 16 – Acoplamiento capacitivo entre conductores a una distancia D
El cable “perturbador” y el cable “víctima” siguense por un campo magnético. El nivel de perturbación depende de las variaciones de corriente (di / dt) y de la inductancia de acoplamiento mútuo. El acomplamiento inductivo aumenta con:
Cable de potencia Cable de potencia
Víctima (par de datos) Víctima (lazo)
Víctima (par de datos) Víctima (lazo)
Modo diferencial Modo común
Figura 17 a – Acoplamiento inductivo entre conductores
Medidas para reducir el efecto del acomplamiento inductivo entre cables
Campo electromagnético Dispositivo Cable de Señal
Acoplamiento Campo-Cable
Figura 18 – Acoplamiento inductivo entre cable y campo
1. Limita la altura (h) del cable al plano de tierra
2. Siempre que posible ubica el cable junto a la superficie metálica
3. Usa cables cruzados
4. Usa ferrites y filtros de EMI
Campo Electromagnético
Dispositivo 1 Cable de Señal Lazo de Tierra Dispositivo 2
Acomplamiento Campo-Lazo
Figura 19 – Acoplamiento inductivo entre cable y lazo de tierra
Medidas para reducir el efecto del acoplamiento inductivo entre cable y lazo de tierra
1. Reducir la altura (h) y la largura del cable.
2. Siempre que posible ubicar el cable junto a la superficie metálica.
3. Usar cables cruzados.
4. En altas frecuencias poner el blindaje a tierra en dos puntos (cuidado!) y en bajas frecuencias en un solo punto.
Cable de Comunicación Digital Cables con y sin Blindaje: 60Vcd o 5Vca y < 400Vca Cables con y sin blindaje: >400Vca Cualquier cable expuesto a rayos
Cable de Comunicación Digital
Cables con y sin blindaje: 60Vcd o 25Vca y < 400Vca
Cables con y sin blindaje: > 400Vca
Cualquier cable expuesto a rayos
Tabla 1 – Distancias entre cables de comunicación digital y otros tipos de cables para garantizar protección contra EMI
Cable de Potencia Cable Profibus PICKUP
Con el cable cruzado, las corrientes inducidas tienden cancelarse en los lazos cercanos
Figura 20 – Interferencia entre cables: campos magnéticos a través de acoplamiento inductivo entre cables transientes (pickups electromagnéticos) de corriente
Interferencias Electromagnéticas pueden reducirse con:
Considerando que la espesura del cable es insignificante y que L>>D:
Figura 21 – Inductancia mútua entre dos conductores
Para minimizar el efecto de inducción se debe usar el cable de par trenzado que minimiza el área (S) y reduce el efecto de tensión induzida Vb en función del campo B, equilibrando los efectos (media de los efectos según las distancias):
.JPG)
El cable de par trenzado se compone de dos pares de hilo. El cable de par único es enrollado en espiral y a través del efecto de cancelación reduce el ruido y mantiene las propiedades eléctricas del medio a lo longo de toda su extensión. El efecto de reducción usando cables trenzados funciona por la cancelación del flujo llamada Rt (en dB):
Donde n es el número de vueltas/m y l es la largura total del cable. Ver figuras 22a y 22b.
El efecto de cancelación reduce la diafonía (crosstalk) entre los pares de cables y dizminuye el nivel de interferencia eléctromagnética y radiofrecuencia. El número de trenzas en los cables puede variar a fin de reducir el acoplamiento eléctrico. Su construcción posibilita el acoplamiento capacitivo entre los conductores del par. El comportamiento es más eficaz en bajas frecuencias (< 1MHz). Cuando no es blindado, tiene la desventaja del ruido en modo común. Para bajas frecuencias, o sea, cuando la largura del cable es menor que 1/20 de la largura de onda de la frecuencia de ruido, el blindaje (malla o blindaje) presentará el mismo potencial en toda su extensión, cuando se recomienda conectar el blindaje en un único punto a tierra. En altas frecuencias, o sea, cuando la largura del cable es mayor que 1/20 de la largura de onda de la frecuencia del ruido, el blindaje presentará alta suscetibilidad al ruido y así se recomienda poner a tierra en ambas extremidades.
En el acoplamiento inductivo, se tiene Vruido = 2πBAcosαdonde B es el campo y αes el ángulo en que el flujo corta el vector área (A) o aún en función de la inductancia mútua M: Vruido = 2πfMI donde I es la corriente en el cable de alimentación.
Figura 22 a – Efecto de acoplamiento inductivo en cables paralelos
Figura 22 b – Minimización del efecto de acoplamiento inductivo en cables trenzados
Figura 22c – Ejemplo de ruido por inducción
Figura 22d – Ejemplo de Cables de Profibus cerca de cable de alimentación
Los pares trenzados son muy eficientes desde que la inducción en cada área de torción sea aproximadamente igual a la inducción cercana. Su uso es eficiente en modo diferencial, circuitos equlibrados y tiene baja eficiencia en bajas frecuencias y circuitos desequilibrados. En circuitos de alta frecuencia con multipuntos de puesta a tierra, la eficiencia es alta porque la corriente de retorno tiende a fluir a través del retorno cercano. Sin embargo, en altas frecuencia en modo común el cable tiene poca eficiencia.
La figura 23 detalla la situación del Profibus-DP y los lazos de puesta a tierra.
Figura 23 – Profibus – DP y los lazos de puesta a tierra
En seguida veremos el uso de canaletas metálicas en la reducción de corrientes de Foucault.
El espacio entre las canaletas facilita la perturbación generada por el campo magnético. Además, esta interrupción facilita la diferencia de potencial entre cada sección de la canaleta y, en el caso de aumento de corriente generado, por ejemplo, por una descarga atmosférica o un cortocircuito, la falta de continuidad no permitirá que la corriente circule por la canaleta de aluminio y por consiguiente no protegerá el cable Profibus.
Lo ideal es que se conecte cada sección de mayor área de contacto posible, lo que dará más protección contra la inducción electromagnética y también que haya entre cada sección un conductor lo menos largo posible de cada lado de la canaleta para garantizar un camino alternativo a las corrientes en caso de aumento de resistencia en las juntas de las secciones.
Con el montaje adecuado de la canaleta de aluminio, el campo, al penetrar en la placa de aluminio de la canaleta, produce un flujo magnético variado en función del tiempo [f = a.sen(w.t)], originando una f.e.m. inducida [ E = - df/dt = a.w.cos(w.t)].
En frecuencias altas, la f.e.m. inducida en la placa de aluminio será mayor, originando un campo magnético mayor y anulando casi totalmente el campo magnético generado por el cable de alimentación. Ese efecto de cancelación es menor en bajas frecuencias. En alta frecuencias la cancelación será más eficiente.
Ese es el efecto de las placas y pantallas metálicas delante de ondas electromagnéticas; ellas generan sus propios campos y reducen o mismo anulan el campo a través de ellas, funcionando entonces como verdaderos blindajes contra las ondas electromagnéticas. Funcionan como una jaula de Faraday.
Esté seguro que las placas y las juntas sean hechos del mismo material que las canaletas y bandejas. Proteja los puntos de conexión contra corrosión después del montaje con tinta de zinc o verniz, por ejemplo.
Aunque los cables sean blindados, el blindaje contra los campos magnéticos no es tan eficiente como contra campos eléctricos. En bajas frecuencias, los pares trenzados absorben la mayor parte de los efectos de la interferencia electromagnética. Por otro lado, las altas frecuencias absorben eses efectos por el blindaje del cable. Siempre que posible, conectar las cajas de cables al sistema de líneas equipotencial.
Campo Magnético
Cable de Alimentación Cable Profibus Profibus Alimentación
placas de aluminio
cable conductor
Figura 24 – Protección contra transientes con canaletas metálicas
Los proyectos e instalaciones deben tener en cuenta los conceptos y técnicas de protección de equipos de campo PROFIBUS DP e PROFIBUS PA en cuanto a señales de alta tensión y corrientes inducidas por rayos u otras fuentes.
Se sabe que las instalaciones de sistemas de control pueden consistir en la distribución aérea y subterránea de cables, bandejas o cajas, cables cerca de fuentes de alta tensión y puedan ser susceptibles a la exposición de rayos, descargas electrostáticas e interferencia electromagnética (EMI). Esta puede transmitirse (vía aire), conducida (vía conductores), inducida (en general por encima de 30MHz) o una combinación de todas. Para imaginarse la tensión generada por la descarga electrostática, teniéndose en cuenta un conductor con 50nH de inductancia podemos tener picos de tensión alrededor de 200V (V = L*di/dt) o mas), pues el pulso de corriente generado por la descarga electrostática tiene un tiempo de subida muy corto, alrededor de 4 A /ns.
Esta exposición puede afectar el comportamiento de señales y mismo damnificar los quipos pues los mismos tienen componentes de baja potencia que pueden fácilmente quemarse con la sobretensión.
¿Qué es un protector de transientes?
El protector de transientes es un dispositivo de protección – un hardware – , que adecuadamente posicionado (veremos en seguida) e instalado protege los equipos, limitando los niveles de transientes que pueden atingirlos. Actúa casi instantáneamente, desviando los transientes para el tierra y controlando la tensión en un nivel que no damnifica el equipo conectado a el. Cuando la corriente llega a nivel aceptable, la operación normal se restablece automáticamente.
Figura 25 – Surge Arrester
En instalaciones PROFIBUS PA, las tensiones que superan las condiciones normales de operación se conocen como “surge” (picos) y aparecen de manera transitoria, pudiendo afectar el comportamiento de la red. Como en todas las redes fieldbus, ocurre el cambio de datos, garantizándose la integridad de ellos y la seguridad operacional de la planta.
Cuanto mayores el tronco y las derivaciones de la red PROFIBUS PA, mayor será la amplitud de transientes debido a la exposición a la diferencia de potencial de tierra. Daño semejante también puede causarse en equipos conectados por cables relativamente cortos, si los circuitos o componentes fueran especialmente sensibles. En algunas situaciones, puede damnificarse seriamente las instalaciones y los equipos, dependiendo de la energía.
El cable estándar para la red PROFIBUS PA es el conductor de pares retorcidos, cuyas vueltas minimizan la tensión entre las líneas, aunque, como mencionado anteriormente, la diferencia del potencial de tierra puede damnificar los componentes y perjudicar el comportamiento, al tornar el sistema muy sensible. Hay que notar también que el cable, su distribución, son factores a considerar a favor de la minimización de ruidos y transientes. Se recomienda el uso del blindaje, que actúa básicamente como una jaula de Faraday y maximiza su eficiencia contra ruidos en modo común, cuando se pone a tierra en la fuente de señal. Además, garantiza más protección contra la EMI.
Figura 26 - Cable de pares retorcidos PROFIBUS PA.
Con relación al protector contra transientes, la tensión límite no debe ser muy mas grande que la tensión operacional del equipo, y en la práctica es común usarse esta tensión como el doble de la tensión de funcionamiento del equipo. En términos de rayos, los estudios indican que las descargas pueden generar corrientes de 2 kA a 200 kA con corrientes de pico con duración de menos que 10μs.
Al elegir el protector de transientes se debe ser juicioso, pues este puede degradar la señal PROFIBUS PA y también limitar la cantidad de los equipos. Según el fabricante, este dispositivo puede acrecentar capacitancia y resistencia a la red PROFIBUS PA y estas pueden afectar la forma de la onda de señal de comunicación. Además, algunos diodos de corte pueden no ser transparentes para la red y también afectar los niveles de las señales. En la práctica, el usuario debe buscar dispositivos que cumplan con la IEC 61643-21 y ofrezcan altas corrientes de pico (alrededor de 10 kA) y añadan menos que 1?(!) y menos que 40pF al cableado.
Figura 27 – Distancias mínimas recomendadas en el cableado PROFIBUS.
El grado de interferencia en los cables varía según una serie de factores tales como proyecto, construcción y características, además de su interacción con los demás elementos de la red PROFIBUS (conectores,
equipos, terminales, otros cables, blindaje, etc.), además de ciertos parámetros del sistema y propiedades del ambiente. Una gran variedad de factores limitan el desempeño de transmisión de las señales digitales asociadas a los cables y deben considerarse en el proyecto y la utilización de estos, tales como:
Figura 28 – Grado de interferencia en una señal Profibus
Se llama distancia efectiva a la separación física entre dos dispositivos puestos a tierra en la instalación de la red. Siempre que una distancia sea mas larga que 100m en la horizontal o 10m en la vertical entre dos puntos a tierra, recomiéndase usar protectores de transientes en el punto inicial y el final de la distancia. En la práctica, entre 50 y 100m.
Figura 29 – Uso de protector de transientes y distancia efectiva.
30 – Ejemplo de protector de transientes para la red PROFIBUS PA.
Las reglas de distancia efectiva también se aplican a la red y equipos PROFIBUS DP.
Según la figura 31, habrá protección si hubiera una caída de tensión o cuando haya un pico que exceda a la tensión de interrupción (breakdown) o mismo cualquier pico diferencial. En la figura 32, indicase la protección cuando la puesta a tierra no es posible y, por lo tanto, cualquier diferencial se convertirá en modo común.
Figura 31 – Protección con aislamiento a la tierra.
Figura 32 – Protección con aislamiento en modo común.
En la práctica, el usuario debe buscar dispositivos que cumplan con el IEC 61643-21 y ofrezcan corrientes de pico alrededor de 700 A.
Las interferencias en cables de redes digitales e instrumentación pueden deberse a:
Las Interferencias Electrostáticas pueden atenuarse por:Puesta a tierra y blindaje adecuados
Las Interferencias Electromagnéticas pueden atenuarse por:
Básicamente existen 4 tipos de interferencia:
Comentaremos ahora el efecto Corona. Los cables de inversores cargan la energía del sistema de control de velocidad al motor AC. Estos cables deben soportar no solo la alta potencia de las señales MLP (Modulación de Anchura de Pulso), pero también la alta tensión que ocurre cuando ondas estacionarias se producen en los
conductores, debido a la incompatibilidad de la impedancia del cable con la del motor y a la velocidad de cambio entre los inversores modernos. Esta alta tensión puede causar descargas por efecto Corona entre los conductores de los cables convencionales, damnificando no solo los cables pero también el accionamiento variable con el inversor.
Actualmente existen cables especiales con aislamiento de espesura más grande, más estable eléctricamente en los conductores. Este aislamiento aumenta la distancia física entre los conductores y por consecuencia disminuye la chance de una descarga por efecto Corona. Por otro lado, reduciéndose esta capacitancia, las amplitudes de las ondas estacionarias también se reducen y también la transferencia de ruidos al circuito de tierra.
La condición ideal de puesta a tierra para una planta y sus instalaciones es cuando se logra el mismo potencial en cualquier punto. Esto se puede obtener conectándose todas las señales de tierra a través de un conductor de ecualización de potencial. Esta condición se nombra equipotencialización, como se dijo anteriormente.
Por lo tanto, para cualquiera en el interior de los edificios, mismo bajo el aumento de las tensiones presentes, no habrá riesgo de choque eléctrico, pues todos los elementos tendrán el mismo potencial de tierra.
Cuando se refiere a blindaje y puesta a tierra, en la práctica existen otras maneras de manejar este asunto, muy controvertido, como por ejemplo si se pude instalar la puesta a tierra del blindaje en cada estación a través del conector Sub-D de 9 pinos en el punto de contacto del alojamiento cuya conexión con la estación se pone a tierra. Sin embargo, debe analizarse este caso puntualmente verificándose la gradación de potencial de tierra en cada punto, ecualizándose estos puntos, si necesario. Se usa el sistema de línea equipotencial para nivelar el potencial de tierra en diferentes ubicaciones de la planta de manera que ninguna corriente circule sobre el blindaje del cable.
♦ Cobre: 6 mm²
♦ Aluminio: 16 mm²
♦ Acero: 50 mm²
En áreas peligrosas se debe seguir siempre las recomendaciones de los órganos de certificación y las técnicas de instalación exigidas por la clasificación de áreas. Un sistema intrínsecamente seguro debe tener componentes para ponerse a tierra y otros no. La puesta a tierra objetiva evitar el surgimiento de tensiones consideradas inseguras en el área clasificado. En este, se evita la puesta a tierra de componentes intrínsecamente seguros, excepto si fuere necesario por detalles funcionales, cuando se emplea la aislamiento galvánico. La regulación establece la aislamiento mínimo de 500 Vca. La resistencia entre el terminal de tierra y la tierra de sistema debe ser inferior a 1Ω. En Brasil, el estándar NBR-518 regula la instalación en atmósferas potencialmente explosivas.
En cuanto a la puesta a tierra, se recomienda agrupar los circuitos y equipos con características semejantes de ruido en serie y unir estos puntos en referencia paralela. Se recomienda la aislamiento a tierra de canaletas y bandejas.
Un error frecuente es usar el tierra de protección como tierra de señal, siendo oportuno recordar que el primero es muy ruidoso y puede presentar alta impedancia. Recomiéndase el uso de circuitos de tierra, pues presentan baja impedancia. Conductores comunes con altas frecuencias presentan la desventaja de tener alta impedancia. Se debe evitar también los circuitos de corriente. El sistema de tierra funciona como un circuito
que favorece el flujo de corriente bajo la menor impedancia posible. El valor de tierra recomendado é que sea inferior a 10 Ω.
Se debe conectar el blindaje (tanto el loop como la lámina de aluminio) al tierra funcional del sistema vía conector PROFIBUS-DP de manera a propiciar amplia área de conexión con la superficie conductiva puesta a tierra.
Al introducir el cable, débese observar que el acabado del blindaje esté bien hecho y no haber contacto con otros puntos sino los puntos a tierra. Se alcanza la protección máxima con los puntos puestos a tierra, a través de un camino de baja impedancia para las señales de alta frecuencia.
Cuando existe un diferencial de tensión entre los puntos a tierra, tales como áreas distintas en edificios separados, recomiéndase pasar junto al cableado una línea de ecualización de potencial (puede usarse la propia canaleta metálica o, por ejemplo, un cable AWG 10-12). Vea la Figura 33.
De esta manera habrá protección más efectiva para una amplia banda de frecuencia.
Figura 33 – Línea de Equipotencial
La Figura 34 presenta detalles de cableado, blindaje y puesta a tierra en áreas separadas.
Figura 34 – Detalle de cableado en áreas separados con potenciales de tierra equalizados.
Al considerar la cuestión de la puesta a tierra y de blindaje en barramientos de campo, debe tenerse en cuenta:
Según la norma IEC 61158-2, poner a tierra significa conectarse permanentemente al suelo a través de una impedancia y conductividad suficientemente baja a fin de evitar cualquier tensión que pueda causar daños a equipos y personas. Líneas de tensión con 0 Volt deben conectarse a tierra y aislarse galvánicamente del barramiento fieldbus. Se debe conectar a tierra el blindaje para evitar ruidos de alta frecuencia.
De preferencia, ponese a tierra el blindaje en dos puntos, en el inicio y en el final del barramiento, siempre que no haya diferencia de potencial entre estos puntos, posibilitando la existencia de caminos a la corriente de lazos. En la práctica, cuando hay esta diferencia se recomienda poner a tierra en un solo punto, o sea, en la fuente de alimentación o en la barrera de seguridad intrínseca. Se debe asegurar la continuidad del blindaje del cable en más de 90% de la largura total del cable.
El blindaje debe cobrir totalmente los circuitos eléctricos a través de conectores, acopladores, sílices y cajas de paso o junción.
Nunca se debe utilizar el blindaje como conductor de señal. Es necesario confirmar la continuidad del blindaje hasta el último equipo PA de la sección, analizando la conexión y terminación, pues no se debe poner a tierra los alojamientos de los equipos.
En áreas clasificadas, si no suele haber ecualización de potencial entre el área segura y el área peligrosa, el blindaje debe conectarse a través de un acoplamiento capacitivo, de preferencia cerámico (dieléctrico sólido), C<= 10nF, tensión de aislamiento >= 1.5kV).
Fuente de alimentación Tronco Derivación Equipo de campo
Caja de Junción Derivación Equipo de campo
Equipotencial que une el sistema
Área Segura
Area Potencialmente explosiva
Figura 35 – Combinación Ideal de Blindaje y Puesta a Tierra.
Figura 36 – Puesta a Tierra Capacitiva
La norma IEC 61158-2 determina que el aislamiento sea completo. Se usa este método principalmente en los EE.UU. y en Inglaterra. En este caso, el blindaje se aisla de todas las puestas a tierra, con excepción de la conexión del negativo del fuente o de la barrera de seguridad intrínseca en el lado seguro. El blindaje tiene continuidad desde la salida del acoplador DP/PA por la cajas de paso y hacia los equipos. Los alojamientos de los equipos se ponen a tierra individualmente del lado no seguro. Este método tiene la desventaja de no proteger totalmente contra las señales de alta frecuencia y, según la topología y la largura de los cables, puede generar a veces intermitencia en la comunicación. Se recomienda en estos casos usar canaletas metálicas.
Otra manera complementaria es poner a tierra las cajas de paso y los alojamientos de los equipos en una línea de equipotencial de tierra, del lado no seguro. Las puestas a tierra del lado no seguro y del lado no seguro están separadas.
La puesta en tierra múltiple también es común, proporcionando protección más efectiva a las condiciones de alta frecuencia y de ruidos eletromagnéticos. Este método es adoptado en Alemania y otros países de Europa. El blindaje se pone a tierra en el punto del negativo de la fuente de alimentación o de la barrera de seguridad intrínseca en el lado seguro y además en el tierra de las cajas de paso y en los alojamientos de los equipos, siendo estas bandejas también conectadas en varios puntos en el lado no seguro. En otra manera complementaria, las puestas a tierra se conectan en conjunto en una línea equipotencial de aislamiento, uniendo el lado seguro al lado no seguro.
Para más detalles, siempre consultar las normas de seguridad locales. Se recomienda consultar la IEC 60079-14 para aplicaciones en áreas clasificadas.
Instalación aislada
Interface DP o PA Caja de Junción o Caja de distribución
Derivación
Sala de Control Campo
Transmisor Posicionador
Instalaclión adecuada a EMC con línea de equalización de potencial y puesta a tierra del blindaje capacitivo
LEP = Línea de equalización de potencial
(legendas 2ª coluna)
Instalación adecuada a EMC con línea de equalización potencial
LEP = Linea de Equalización de Potential
Instalación con punto central a tierra
Figura 37 – Puesta a Tierra y Blindaje – Varias formas
En resumen, se pueden adoptar las siguientes formas de puesta a tierra del shield:
En la puesta a tierra de dos puntos la resistencia del aislamiento debe ser la más baja posible en ambos extremos para minimizar los loops de tierra, principalmente en bajas frecuencias. En la figura 38 se ve una situación en el campo donde el Shield se conectaba a tierra en varios puntos, en los alojamientos de varios equipos Profibus-PA, y en esta situación la señal quedaba con ruido y atenuado. En la figura 39 vemos la misma señal al desconectarse el Shield, dejándolo puesto a tierra en solo un punto del panel (en el acoplador DP/PA).
Figura 38 – Señal Profibus-PA con shield puesto a tierra en el alojamiento del equipo
Figura 39 – Señal Profibus-PA com shield puesto a tierra em solo um punto
En bajas frecuencias de niveles de CC hasta 1MHz, puede ponerse a tierra el blindaje del cable en una sola extremidad y proveer buena respuesta en cuanto a los efectos de la interferencia magnética. En frecuencias más altas, se recomienda ponerse a tierra el blindaje del cable en ambas extremidades del cable. En estos casos, es muy importante que las diferencias de potencial de tierra en ambos extremos debe ser al máximo de
1 V (rms) para que los efectos de los loops de tierra se minimizen. Es también importante tener en cuenta que en altas frecuencias hay la capacitancia parásita de acoplamiento que tiende a completar el lazo cuando el blindaje está puesto a tierra en un único extremo del cable.
La figura 40 muestra una señal PROFIBUS-PA donde la tierra digital estaba junto a la tierra de un CCM.
Figura 40 – Señal Profibus-PA con ruidos por inducción
El uso de cables blindados en la minimización de ruidos
Con relación a la búsqueda de más eficiencia en la protección contra ruidos, el doble blindaje (trenza y hoja) se viene aplicando con mejora significativa en la relación señal/ruido y podemos comentar que:
En bajas frecuencias, se puede aplicar el cable en solo una extremidad y, en este caso, se espera que el blindaje presente el mismo potencial. Eso posibilitaría mejor protección en ruidos.
En altas frecuencias, el blindaje presentará alta susceptibilidad al ruido y, en este caso, se recomienda la puesta a tierra en las dos extremidades, bajo algunos cuidados en la práctica debido a la equipotencialidad y la seguridad.
Esta alternativa de doble protección protegerá la comunicación de bajas y altas frecuencias, brindando mejor protección contra la EMI.
La eficacia de trenza es por lo general mejor en bajas frecuencias, mientras la de hoja lo es en las más altas.
Los cables con blindaje en espiral se necesitan avaliar, pues pueden presentar efectos inductivos y ser ineficientes en altas frecuencias.
Con relación a los inversores, que normalmente son generadores de ruidos, lo importante es que en su mayoría tienen frecuencia de conmutación que varía de 1 kHz a 30 kHz. Además, algunos fabricantes comentan que satisfacen a las normas CE, pero en instalaciones de inversores se debe:
1. Poner a tierra adecuadamente y según los manuales de los fabricantes (blindaje a tierra en las dos extremidades y alojamiento de motores).
2. Potencia de salida, cableado de control (E/S) y de señal deben ser de cable blindado, trenzado con cobertura igual o superior a 75%, canaleta metálica o atenuación equivalente.
3. Todos los cables blindados deben terminar en un conector blindado adecuado.
4. Los cables de control y señales deben estar separados en lo mínimo de 3 cm de los hilos de fuerza.
El medio físico RS485 es el estándar que ofrece dos canales independientes conocidos como A y B que transmiten niveles de tensión iguales, pero con polaridades opuestas (VOA y COB o simplemente VA y VB).
Por esta razón, es importante que la red esté conectada con la polaridad correcta.
Aunque las señales sean opuestas, una no es el retorno de la otra, o sea, no existe un loop de corriente.
Cada señal retorna por la tierra o a través de un tercero conductor, pero la señal debe leerse por el receptor de manera diferencial sin referencia a la tierra o al conductor de retorno.
La gran ventaja de la señal diferencial es la puesta a tierra del sistema: observe que la figura 41 muestra la señal transitando con fases invertidas en los conductores del cable, mientras el ruido transita con la misma fase.
En los terminales de entrada del amplificador diferencial la señal de comunicación Profibus llega en modo diferencial y el ruido en modo común, rechazándolo. Por lo tanto, todo ruido inducido en el cable, por lo general de origen electromagnético, será rechazado en su mayoría.
Figura 41 – Señal Profibus-DP- RES485
Figura 42 – Red Profibus-DP- RES485
Líneas de transmisión diferenciales solo usan como información la diferencia de potencial existente entre los dos conductores de par trenzado, independiente de la diferencia de potencial presentada con relación al referencial de tensión (común o de tierra).
La reflexión de señal ocurre cuando la señal se transmite a lo largo de un medio de comunicación, como un cable de cobre o fibra óptica, y parte de la energía de la señal puede reflexionarse de vuelta a su origen. Eso suele ocurrir por imperfecciones en el cable, cambio de impedancia en la línea de comunicación (sílices), falta del terminador, spur más allá del permitido, largura total excesiva, etc.
Los puntos más probables de reflexiones son las conexiones o juntas del cable, o aún donde la curvatura mínima de cable esté violada.
Figura 43 – Señal Profibus sin reflexión (a izquierda) y con reflexión (a derecha) por falta de terminador.
Figura 44 – Señal Profibus con reflexión por splices en la instalación (a izquierda) y sinreflexión (a derecha).
Observe en la figura 45 que cuanto más grande la tasa de comunicación, más grande será la influencia de la reflexión, pues el tiempo de bit es más pequeño.
Figura 45 – Señal Profibus con reflexiones en diferentes baud rates
La figura 47 muestra un ejemplo de instalación donde la curvatura mínima fue violada y la señal Profibus se comporta como en la figura 48.
Flexión, estiramiento, torsiones, aplastamientos durante el proceso de instalación de cable Profibus pueden forzar los conductores o mismo alterar sus secciones transversales. Eso perturba el eje común de los conductores y el blindaje, y se muestra como un cambio en la impedancia en el punto de stress del cable. A través de la captura de señales, se puede identificar fácilmente estos puntos por las reflexiones en las señales. Sin embargo, el rayo mínimo especificado se refiere a la superficie interna del cable y no al eje del cable.
Figura 46 – Rayo mínimo de curvatura
Frecuentemente los daños no están visibles y el propio aislamiento e integridad del cable pueden quedar comprometidos.
Figura 47 – Ejemplos de curvaturas mínimas inadecuadas y de cables damnificados
Figura 48 – Señal Profibus con reflexión debido a la violación de la curvatura mínima del cable
La figura 49 presenta un diagrama de línea básica de transmisión solo en una punta (single-ended). Una fuente de tensión (Vs) genera una señal digital con impedancia Zs. La línea de transmisión tiene la impedancia AC (Z0) en relación a tierra y, en el final del cable está la impedancia (ZT), adaptadora de impedancia. En el caso del Profibus se tiene el terminador en el inicio y término de cada sección, garantizando la mejor condición de señales.
Figura 49 – Diagrama de línea de transmisión básica en solo de una punta
El terminador es una impedancia que se acrece a la red Profibus con la función de harmonizar la impedancia de la red. Cuanto más grande la largura de la red, mas grande podrá ser la distorsión de las señales. El terminador elimina errores de comunicación causados por distorsiones de señales. Vale la pena recordar que sin el terminador, el cableado funciona como una antena, facilitando la distorsión de señales y aumentando la susceptibilidad a ruidos. La impedancia característica es el valor de la carga, la cual ubicada en el final de las líneas, no reflexiona ninguna energía. O sea, es el valor de la carga que provee el coeficiente de reflexión cero, o aún, una relación de ondas estacionarias iguales a uno.
En la ausencia de terminadores en el segmento Profibus, la señal resultante en la carga se distorsiona en el tiempo (jitters) y la amplitud (oscilaciones). Siempre que la geometría del cable se altera resultarán desequilibrios de impedancia y habrá reflexiones.
Tanto la red Profibus-DP como la red Profibus-PA requieren terminadores. Es obligatorio el uso de los terminadores de barramiento, cuya ausencia causa el desequilibrio, el atraso de propagación y también oscilaciones resonantes amortiguadas causando la transposición de los niveles lógicos (thresholds). Además, disminuyen el margen de ruido estático. En el Profibus-DP los terminadores son activos, o sea, se alimentan. Vea la figura 50.
Figura 50 – Terminador de barramiento Profibus-DP
Es necesario hacer la terminación activa del barramiento en el inicio y el final de cada segmento a fin de mantener la integridad de la señal de comunicación, energizándose ambos terminadores. Vea figura 51.
Figura 51 – Terminador activo de barramiento Profibus-DP.
El Profibus-PA debe tener terminadores en el barramiento, respectivamente, un resistor de 100 Ohms y un capacitor de 1 uF en serie, un en el inicio y otro en el final. No se debe conectar el blindaje al terminador y su impedancia debe ser 100 Ohms ± 20% entre 7.8 a 39 kHz. Este valor es aproximadamente el valor medio de
la impedancia característica del cable en las frecuencias de trabajo y se lo elige para minimizar las reflexiones en la línea de transmisión y también para convertir la señal a niveles aceptables de 750 a 1000 mV.
Figura 52 a– Forma de onda típica en la red PA y la influencia de los terminadores.
Figura 52 b – Terminador PA con señales de humedad: terminación indebida
Por el hecho de que los terminadores son activos, un error común es ponerse como esclavo DP las estaciones de trabajo donde las líneas de alimentación oscilan, desequilibrando la red por caída de energía, causando intermitencia y paradas no deseadas.
Puesta a tierra y blindaje con requisitos obligatorios para garantizar la integridad de los datos de una fábrica. Es muy común en la práctica encontrarse funcionamiento intermitente y errores groseros en mediciones debido a malas instalaciones.
Los efectos de ruidos pueden minimizarse con técnicas adecuadas de proyectos, instalación, distribución de cables, puesta a tierra y blindajes. Puestas a tierra inadecuadas pueden ser fuentes de potenciales indeseables y peligrosos que pueden comprometer el funcionamiento eficiente de un equipo o del propio sistema.
El blindaje (shield) debe conectarse con el potencial de referencia de la señal que está protegiendo ( vea la figura 53 ).
Blindaje conectado al potencial de referencia de la señal que está protegendo
Cuando existen varias secciones debese mantenerlas conectadas para garantizar el mismo potencial de referencia, como se ve en la figura 54.
Figura 54 - Blindaje en varias secciones conectado al potencial de referencia de la señal que está protegendo
La corriente no circulará por la malla y no cancelará los campos magnéticos. Débese minimizar la largura del conductor que se extende fuera del blindaje y garantizar su buena conexión a la puesta a tierra.
Puesta a tierra 1 Puesta a tierra 2
Figura 55 - Efecto Blindaje x puesta a tierra en un solo punto
Ocurre la distribución de corrientes en función de sus frecuencias, pues la corriente figure el camino de menor impedancia.
Hasta algunos kHz: la reactancia inductiva es insignificante y la corriente circulará por el camino de menor resistencia.
Por encima de kHz: predomina la reactancia inductiva y la corriente circulará por el camino de menor inductancia.
El camino de menor impedancia es aquel cuyo percurso de retorno está cerca del percurso de ida, por presentar mayor capacitancia distribuida y menor inductancia distribuida.
Se debe minimizar la largura del conductor que se extende fuera del blindaje y garantizar la buena conexión del shield y la puesta a tierra.
Puesta a tierra 1 Puesta a tierra 2
Camino a bajas frecuencias
Camino a altas frecuencias
Figura 56- Efecto Blindaje x puesta a tierra en dos puntos
En este caso, merece mención a parte:
1. No hay protección contra lazos de puesta a tierra.
2. Posibilidad de daños significativos cuando la diferencia de potencial de tierra entre los dos extremos ultrapasar 1 V (rms).
3. La resistencia eléctrica de la puesta a tierra debe ser la más baja posible en ambas extremidades de la sección para minimizar los lazos a tierra, principalmente en bajas frecuencias.
Se usa el blindaje de cables para eliminar interferencias por acoplamiento capacitivo debidas a campos eléctricos.
El blindaje solo es eficaz cuando establece una ruta de baja impedancia a la puesta a tierra.
El blindaje flotante no protege contra interferencias.
La malla de blindaje debe conectarse al potencial de referencia (tierra) del circuito que se está blindando.
Puestas a tierra en más de un punto puede causar problemas.
Se debe minimizar la largura del blindaje de referencia, pues el funciona como una bobina.
Se debe minimizar para evitar espirales
Figura 57-Minimizar la largura de la conexión blindaje-referencia pués funciona como bobina
Campos eléctricos son mucho más fáciles de blindar que campos magnéticos y el uso de blindajes en un o más puntos funciona contra campos eléctricos.
La pista para blindaje magnética es reducir el área del lazo. Se debe utilizar un par trenzado o el retorno de corriente a través del blindaje.
Para evitar la radiación de un conductor, por lo general se utiliza blindaje con puestas a tierra en ambos lados por encima de la frecuencia de corte, pero bajo algunos cuidados.
Solo puede blindarse una cantidad limitada de ruido magnético debido al lazo de tierra formado.
Cualquier blindaje en la cual fluye corriente de ruido no debe integrar el camino de la señal.
Utilizar un cable trenzado blindado o un cable triaxial en bajas frecuencias.
La eficiencia del blindaje del cable trenzado aumenta con en número de vueltas por centímetro.
Se recomienda consultar la NBR 5418 para puesta a tierra y conexión con el sistema equipotencial de sistemas intrínsecamente seguros.
El circuito intrínsecamente seguro debe flotar o estar conectado al sistema equipotencial asociado al área clasificada en un solo punto.
El nivel de aislamiento requerido (excepto en un punto) debe proyectarse para soportar 500 V en el ensayo de aislamiento cumpliendo con 6.4.12 de la norma IEC 60079-11.
Cuando no se cumple con este requisito, el circuito debe considerarse puesto a tierra en aquel punto. Y permite más de una conexión a tierra, siempre que el circuito se divida en subcircuitos galvánicamente aislados y cada uno esté puesto a tierra en un solo punto.
Blindajes deben conectarse a tierra o a la estructura de acuerdo a la norma ABNT NBR IEC 60079-14.
Siempre que posible, conecte las bandejas de cables al sistema de líneas equipotencial.
Las mallas de blindaje deben ponerse a tierra en un solo punto en el conductor de ecualización de potencial. Si necesario, por razones funcionales, se permite que se conecten otros puntos a tierra a través de pequeños capacitores cerámicos inferiores a 1 nF y para 1500V, desde que la suma de las capacitancias no ultrapase 10 nV.
Nunca instalar un dispositivo utilizado anteriormente sin una barrera intrínsecamente segura en un sistema intrínsecamente seguro, pues el zener de protección puede estar quemado y no actuará en áreas intrínsecamente seguras.
Hemos visto en este artículo detalles sobre puesta a tierra, blindaje, ruidos, interferencias y reflexiones. Todo proyecto de redes debe tener en cuenta los estándares que garantizan niveles adecuados de señales y también la seguridad exigida por la aplicación.
Se recomienda adoptarse acciones preventivas de mantenimiento anualmente, verificándose cada conexión a la tierra, asegurándose la calidad de cada conexión en cuanto a robustez, confiabilidad y baja impedancia, garantizándose la ausencia de contaminación y corrosión.
Este artículo no sustituye las normas NBR 5410, NBER 5418, los estándares IEC 61158 y IEC 61784 ni los perfiles y guías técnicos de PROFIBUS. En caso de discrepancia o duda, las normas, los estándares IEC 61158 e IEC 61784, perfiles, guías técnicos y manuales de fabricantes deben prevalecer. Siempre que posible, consulte la EN50170 para las reglamentaciones físicas, como también las prácticas de seguridad de cada área.
Referencia Bibliográfica
Artículos técnicos – César Cassiolato
