Instalacións de campo: acoplamentos capacitivos e indutivos

César Cassiolato

Director de Marketing, Calidade, Servizo e Instalacións – Smar Equipment Industryis Ltda . [email protected]

introdución

a coexistencia de equipos con Diversas tecnoloxías diferentes, engadidas á falta de adecuación das instalacións, facilita a emisión de enerxía electromagnética e con isto, é común que os problemas de compatibilidade electromagnética. Isto é moi común nas industrias e fábricas onde o EMI (interferencia electromagnética) é moi frecuente baseado no maior uso de máquinas (máquinas de soldados, por exemplo), motores (CCMS), redes dixitais e ordenadores próximos a estas áreas.

A distribución de topoloxía e cable, tipos de cables, técnicas de protección son factores que deben considerarse para a minimización dos efectos EMI. Lembre que a altas frecuencias, os cables compórtanse cun sistema de transmisión con liñas cruzadas e confusas, reflectindo a enerxía e estendéndose dun circuíto a outro. Manter as conexións en bo estado. Os conectores inactivos por moito tempo poden desenvolver resistencia ou converterse en detectores de RF.

Veremos neste artigo, algúns detalles sobre os efectos do acoplamento capacitivo e indutivo, o uso de blindazamento nun punto e dous puntos , Así como o uso de cable para adestralas e técnicas de protección EMI.

Inicialmente, veremos algúns detalles sobre a conexión a terra na instrumentación e automatización.

a importancia da conexión terrestre en instrumentación e automatización.

dun xeito sinxelo e directo, a conexión a terra ten a seguintes obxectivos:

Escolla cargas estáticas acumuladas en estruturas, soportes e vivendas.;

Facilitar o funcionamento dos dispositivos de protección (fusibles, interruptores, etc.), a través da corrente desviado;

Protexer a xente e os animais contra os contactos indirectos.;

Crear Pun Referencias de tos axeitadas para sinais e medidas;

minimizar os efectos EMI (interferencia electromagnética).

etc.

Cando falamos de equipos electrónicos, Como os que temos en instrumentación e automatización, o sistema de conexión a terra debe ser visto como un circuíto de baixa inductancia mutua que favorece o fluxo de corrente ao punto de referencia nulo. Ademais, debe ser proxectado proporcionando os mellores beneficios para a protección EMI.

O sistema de terra debe servir:

Control de interferencia electromagnética, tanto internas para o sistema electrónico ( Acoplamiento capacitivo, inductivo e por impedancia común) como externo ao sistema (ambiente);

Estado de seguridade para a vivenda de equipos conectados ao chan de protección e, deste xeito, calquera sinal de conexión a terra referenciada ao Vivenda ou gabinete, directa ou indirectamente, permanece automaticamente referenciada á rede de distribución de enerxía.

Varios son os inconvenientes dun sistema inadecuado de terra onde podemos citar, entre outros:

fallos de comunicación (interferencia, retribir, cadros corrompidos, bloqueos, etc.);

Drifts (erros en medicións de dislocación de referencias (compensacións), causando un aumento na variabilidade dos procesos, os custos I. Nonecesarios con materia prima, etc.);

Exceso de EMI;

Calefacción anormal das etapas de potencia (inversores, conversores, etc …) e motores;

indebido accións nas lóxicas LLCs;

equipos de calefacción, placas electrónicas e sen motivos aparentes;

etc.

Os sinais poden variar basicamente debido a: fluctuación de tensión;

harmónicos da corrente;

RF conducido e irradiado;

temporal (condución ou radiación);

campos electrostáticos;

campos magnéticos;

reflexións;

crosstalk;

atenuacións;

ruídos de fase;

etc

o principal As fontes de interferencia son:

acoplamento capacitivo;

Acoplamiento indutivo;

conducindo a través da impedancia común (conexión a terra): cando as correntes de dous diferentes Os circuítos pasan pola mesma impedancia. Por exemplo, o camiño común de conexión a terra de dous circuítos.

Acoplamento capacitivo

O acoplamento capacitivo está representado por A interacción dos campos eléctricos entre os condutores. Un condutor pasa preto dunha fonte de ruído (perturbador), captura o ruído e transporta por outra parte do circuíto (vítima). É o efecto de capacitancia entre dous corpos con cargas eléctricas, separadas por unha dieléctrica, ou que chamamos o efecto da capacidade mutua.

O efecto de campo eléctrico é proporcional á frecuencia e inversamente proporcional á distancia.

O nivel de perturbación depende das variacións da tensión (DV / DT) e do valor de capacidade de acoplamento entre o “cable perturbador” eo “cable de vítima”.

O acoplamento O capacitancia aumenta con:

a inversa da frecuencia: a potencia de acoplamento capacitivo aumenta de acordo co aumento da frecuencia (reactancia capacitiva, que pode considerarse como a resistencia do acoplamento capacitivo, diminúe segundo á frecuencia e pódese ver na fórmula xc = 1 / 2pfc)

a distancia entre os cables perturbadores e a vítima ea lonxitude dos cables que se executan en paralelo.

o Altura dos cables en relación ao plan de referencia (en relación a N ao chan).

A impedancia de entrada do circuíto de vítima (o circuíto de impedancia de entrada alta é máis vulnerable).

Vítima de illamento por cable principalmente para paredes de cable fortemente acoplado.

A figura 1 mostra un exemplo do efecto mediante acoplamento capacitivo.

Figura 1 – Exemplo de O efecto por acoplamento capacitivo

Na Figura 2 podemos ver o acoplamento ea súa tensión e fontes actuais en modo común e diferencial.

Figura 2 – Modo diferencial e modo común – Acoplamento capacitivo

Medidas para reducir o efecto de acoplamento capacitivo

- límite da extensión de cable que se executa en paralelo.
- Aumenta a distancia dos cables correndo en paralelo.
- Conéctate a terra unha das suxestións dos escudos nos dous cables.
- Reducir o DV / DT do sinal inquietante, aumentando o tempo de carga desde o sinal , sempre que sexa posible (caendo a frecuencia de sinal).

sempre envolver o controlador ou o equipo con metálico O material (Faraday Shield) é posible. O ideal é que abarca cen por cento da parte a protexer e que este escudo está baseado para que a capacitancia de vinculación entre o condutor eo escudo non actúe como un comentario ou un elemento de crosstalk. A Figura 4 mostra a interferencia entre cables, onde o acoplamento capacitivo entre o transitorial induce (pickups electrostáticos). Nesta situación, a corrente de interferencia é drenada ao “escudo” sen afectar os niveis dos sinais.

Figura 3 – Medidas para reducir o efecto de acoplamento capacitivo

Figura 4 – Interferencia de cable: acoplamiento capacitivo entre induce cables transitorios (pickups eletrósticos) de tensão

A figura 5 mostra un exemplo de protección transitoria.

Figura 5 – Exemplo de protección contra o tráfico (Mellor Foucault Current Solución)

A interferencia electrostática pode reducirse:

adecuada a terra e blindaje.

isolação optica.

para o uso de canaletas metálicas e bandeja a terra.

A figura 6 mostra a capacidade de acoplamento entre dous controladores separados por unha distancia D.

Figura 6 – Acoplamiento capacitivo entre controladores a distancia d

acoplamiento inductivo

O “cable perturbador” eo “cable de vítima” están acompañados por un campo magnético. O nivel de perturbación depende das variacións actuais (DI / DT) e a inductancia de acoplamento mutuo.
Acoplamiento inductivo aumenta con:

A frecuencia: a reactancia inductiva é directamente proporcional á frecuencia ( XL = 2PFL).

A distancia entre os cables perturbadores e a vítima ea lonxitude dos cables que se executan en paralelo.

a altura dos cables con relación co plano de referencia ( en relación ao chan).

a impedancia da carga do cable ou o circuíto perturbador.

Figura 7 – Acoplamiento inductivo entre controladores

Medidas para reducir o efecto de acoplamento inductivo entre cables.

Limitar a lonxitude dos cables que se executan en paralelo.
Aumentar a distancia entre o cable perturbador eo cable da vítima.
conectar un terreo de as suxestións dos “escudos” dos dous cables.
Reducir o DV / DT da perturbación aumentando o aumento do tempo do sinal, sempre que sexa posible (series resistentes conectados ou resistencias PTC no cable perturbador, Ferrite aneis en perturbacións e / ou cable de vítima).

Figura 8 – Acoplamiento inductivo entre cable e campo

Medidas para reducir o efecto do acoplamento indutivo entre o cable eo campo

Limitar a altura H do cable ao plano de terra.
sempre que sexa posible, Coloca o cable ao lado da superficie metálica.
Use cables trenzados.
Use ferritas e filtros EMI

Figura 9 – Acoplamiento indutivo entre o cable e o bucle da Terra

Medidas para reducir o efecto de acoplamiento indutivo entre o cable e a Terra Lopp.

Reducir a altura (H) e ao final do final.
sempre que sexa posible Para poñer o cable ao lado da superficie metálica
use cables trenzados
en frecuencias altas, conecte o “escudo” en dous puntos (coidado) e a baixa frecuencia nun único punto só.

	cable de comunicación	cables con e sen escudo: 60VDC ou 5VAC e < 400VAC	cables con e sen escudo: >	Calquera cable suxeito a exposición de raios
Candido de comunicación Cable	10 cm	20 cm	50 cm
Cables con e sen escudo: 60VDC ou 25VAC e < 400VAC	10 cm	10 cm	50 cm
cables con e sen escudo: > 400vac	20 cm	10 cm	50 cm
Calquera cable suxeito a exposición de raios	50 cm	50 cm	50 cm

Tabla 1 – Distancias entre cables de campo e outros tipos de cables para garantir a protección EMI de protección

Figura 10 – Interferencia entre cables: campos magnéticos a través do acoplamento inductivo entre cables inducir transitorios (pickups electromagnéticos) actual

A interferencia electromagnética pode reducirse:

cable trenzado

isolação óptica

Para o uso de canaletas e bandexas de metal de conexión a terra.

Figura 11 – Inductancia mutua entre dous controladores

Para minimizar o efecto de indución, o cable de par trenzado que minimiza a (s) área (s) e diminúe o efecto da tensión inducida en VB dependendo do campo B, os efectos de risco (medición dos efectos segundo as distancias) :

O cable de par trenzado está composto por pares de arame. Os fíos dun par están torcidos espiralmente para, a través do efecto da cancelación, reducir o ruído e manter as propiedades eléctricas constantes do medio ao longo da súa extensión. O efecto de cancelación reduce a Crosonia (Crosstalk) entre os pares dos fíos e diminúe o nivel de interferencia / radiofrequência electromagnética. O número de trenzas de fíos pode variarse para reducir o acoplamento eléctrico. Coa súa construción proporciona un acoplamento capacitivo entre os condutores da parella. Ten un comportamento máis eficiente en frecuencias baixas (< 1mhz). Cando non está protexido, ten unha desvantaxe no ruído en modo común.Para as frecuencias baixas, é dicir, cando a lonxitude do cable é inferior a 1/20 extensión de onda de frecuencia de ruído, o blindaje (malla ou escudo) presentará o mesmo poder en toda a súa extensión, neste caso, recoméndase conectarse O blindaje nun único punto de terra. En frecuencias altas, isto é, cando a extensión do cable é superior a 1/20 longa onda da frecuencia do ruído, o escudo presentará unha alta susceptibilidade ao ruído, neste caso, recoméndase que estea baseado en ambas as extremidades ..

No caso inductivo Vruid = 2Pbacosa onde B é o campo xa é o ángulo no que o fluxo corta a área do vector (a) ou incluso dependendo da inductancia mutua M: Vruid = 2PFMI onde eu / actual no cable de alimentación.

Figura 12 – Exemplo de ruído por Inducción

A figura 13 móstranos o comportamento do sinal en relación coa forma de acondicionamento e escudo. Percibir que a mellor condición está conectada a terra ou “escudo” e aínda crea unha área de contacto metálica conectada ao chan nunha canle metálica.

Figura 13 – Efecto sobre o sinal dependendo do tratamento en relación co chan e o escudo.

Unha figura 14 detalles a situación do profibus-dp e os loops da terra.

Figura 14 – Profibus-DP e bucles de terra

Usando cables blindados en minimización de ruído

No tema dunha mellor eficiencia do ruído Protección, a blinda dobre (trenza e folio), aplicáronse con melloras significativas na relación de sinal / ruído e podemos comentar que:

con dobre protección con certeza e de forma eficiente, hai cables para arriba con máis de 3 proteccións. A malla pechada, mellor a protección …

Pode usar o “escudo” (trenza) e o folio de diferentes xeitos, solicitando baixas e frecuencias altas.

No caso de frecuencias baixas, o cable pode ser aterrado en só unha extramidade e espérase que no caso de que o escudo presente o mesmo potencial nestas frecuencias. Con isto teriamos unha maior protección en ruídos de baixa frecuencia.

No caso de frecuencias altas, o escudo presentará suficiente ruído suficiente e, neste caso, recoméndase que estea conectado a terra en ambos membros (Aquí hai que ter en conta algúns coidados por problemas de poder e seguridade).

Con esta alternativa de dobre protección, protexería a comunicación de frecuencias baixas e altas, sendo mellor en protección de EMI.

A eficiencia da malla (trenza) é xeralmente máis efectiva a baixas frecuencias, axiña que o folio é máis eficaz a frecuencias máis altas.

Os cables con “escudo” no experto require ser avaliado porque poden presentar efectos inductivos e ser ineficientes en frecuencias altas.

En canto a conexión a terra da malla está dispoñible nun único punto (ver a figura 15), a actual non circulará a través da malla e non cancelará os campos magnéticos. Cando se conecta a empate RRA en dous puntos, ten dous camiños actuais, un para baixas e outro para as frecuencias altas. Cómpre lembrar que:

minimizar a extensión do condutor que se estende fóra do escudo.

Garantir unha boa conexión do “escudo” á terra.

Unha distribución de correntes ocorre, dependendo das frecuencias, xa que a corrente tende a seguir o camiño menor. Ata algúns KHX: a reactancia inductiva é insignificante e a corrente circulará ao longo do xeito menos resistente.

Sobre KHZ: hai un predominio de reactancia indutiva e con isto a corrente circulará ao longo do camiño da inductancia máis baixa.

A menor impedancia do camiño é que cuxa ruta de retorno está preto á rolda, presentando maior capacidade distribuída e inductancia máis baixa distribuída.

Cando o “escudo” está baseado no chan:

sen protección contra loops da terra.

Danos a posiblemente equipos activos significativos cando a diferenza potencial de terra entre ambos extremos ultrapasa 1 V (RMS) (máis de 1 V (RMS) non se recomenda para conectarse a terra en dous puntos. Coidado!)

A resistencia a terra eléctrica debe ser a máis baixa posible nos dous extremos do segmento para minimizar os “loops” da Terra, principalmente a frecuencias baixas.

minimizar a extensión da conexión de referencia a blindado, Dado que esta exceso de extensión funciona como unha bobina e pode facilitar a susceptibilidade ao ruído.

A mellor solución para o escudo magnético é reducir a área de “loop”. Un par de retorno ou retorno actual é usado por blindação.

A eficacia do blindaje de cable aumenta o número co número de Voltas PR CM.

¡Figura 15 – escudo en frecuencia baixa e alta & conexión de terra nun e dous puntos.

en relación a Os investimentos, que normalmente serán xeradores de ruído, un punto importante é que a maioría dos investimentos posúen frecuencia de conmutación que poden variar de 1,0 kHz a 30 kHz. Ademais diso, algúns fabricantes de investimentos comentaron que asisten ás normas CE, en lugar de instalar envolventes Os inversores deben ser:

Conectarse a terra correctamente e de acordo cos manuais (“escudo” conectados a terra a dous extremos e recoméndase as carcasas de motores conectados á terra L. L. como fábricas).

A potencia de saída, a fixación de control (I / O) eo sinal debe ser protexido con cobertura igual ou superior ao 75%, Potência de sarada, FIAção de Control (I / O) E SINAL Devem ser O Cabo Armado, a cobertura de Trançado COM é igual ao 75%, os fíos de condutor de metal ou a atenuación equivalente.

Todos os cables con cable deben ter a súa terminación nun conector blindado axeitado.

Os cables e selos de control deben ser separados polo menos 0,3 m de forza / fíos de potencia.

Conclusión

A blindaxe contra campos magnéticos non é Tan eficiente como en contra dos campos eléctricos. O escudo é só eficiente cando establece un camiño de baixa impedancia para a terra, e ademais diso, un escudo fluctuante non protexe contra a interferencia. A malla de blindaxe debe estar conectada ao potencial de referencia (terra) do circuíto que está sendo protexido. Ao aterrar o escudo en máis dun punto pode ser problemático.

a baixas frecuencias, os pares trenzados absorben a maior parte dos efectos da interferencia electromagnética. Xa en alta frecuencias, estes efectos son absorbidos polo blindaje por cable.

Paga a pena lembrar aínda que un material non magnético envexa un controlador con que a corrente deste controlador volveu doutro xeito de tal modo Que a área definida para o camiño desta corrente é menor que cando o condutor non está envolto, entón esta protección será máis efectiva.

Sempre que sexa posible, conecte as bandexas de cable ao sistema de liña equipaxencial.

Este artigo non substitúe os patróns IEC 61158 e IEC 61784 e nin os perfís e guías técnicas do profibus. En caso de discrepancia ou dua, IEC 61158 e IEC 61784 patróns, perfís, guías técnicas e manuais de fabricantes prevalecen. Sempre que sexa posible, consulte o EN50170 para as normas físicas, así como as prácticas de seguridade de cada área.

Referencias

Artigos técnicos – César Cassiolato
Manuales SMAR
www.system302.com.br
www.smar.com.br
http://www.electrical-installation.org/wiki/Coupling_mechanisms_and_counter-measures
emi – interferência elettromagnetic, césar cassiolato
Pisada, Blindagem, Rodas e Dids of Instalação, César Cassiolato
ou o uso de canles metálicas minimizando como corrensión por Foucault em installAções profibus, César Cassiolato
Rodode e interferências em Instalações Profibus, César Cassiolato
Investigación de Internet