Instalações Fieldbus: acoplamentos capacitivos e indutivos

césar cassiolato

diretor de marketing, qualidade, serviço e instalações – Smar equipamento Indicais Ltda . [email protected]

introdução

a coexistência do equipamento com Diversas tecnologias diferentes, adicionadas à falta de adequação das instalações, facilita a emissão de energia eletromagnética e com isso, é comum para problemas de compatibilidade eletromagnética. Isso é muito comum nas indústrias e fábricas onde a EMI (interferência eletromagnética) é muito frequente com base no maior uso de máquinas (máquinas de soldagem, por exemplo), motores (CCMs), redes digitais e computadores próximos dessas áreas.

Topologia e distribuição de cabos, tipos de cabos, técnicas de proteção são fatores que devem ser considerados para a minimização de efeitos EMI. Lembre-se de que em altas frequências, os cabos se comportam com um sistema de transmissão com linhas cruzadas e confusas, refletindo energia e espalhando-a de um circuito para outro. Mantenha as conexões em boas condições. Conectores inativos por um longo tempo, podem desenvolver resistência ou se tornar detectores RF.

Veremos neste artigo, alguns detalhes sobre os efeitos do acoplamento capacitivo e indutivo, o uso de blindagem em um ponto e dois pontos , Bem como o uso de cabo para treiná-los e técnicas de proteção EMI.

Inicialmente, veremos alguns detalhes sobre a conexão terrestre na instrumentação e automação.

a importância da conexão terrestre em instrumentação e automação.

de forma simples e direta, a conexão do solo tem o Seguindo os objetivos:

Escolha cargas estáticas acumuladas em estruturas, suportes e caixas.

facilitar a operação de dispositivos de proteção (fusíveis, disjuntores, etc.), através da corrente desviado;

proteger pessoas e animais contra contatos indiretos.

criar trocadilho referências de tosse adequadas para sinais e medições;

minimizar efeitos da EMI (interferência eletromagnética).

etc.

quando falarmos sobre equipamentos eletrônicos, Tais como aqueles que temos em instrumentação e automação, o sistema de conexão terrestre deve ser visto como um circuito de baixa indutância mútua que favorece o fluxo de corrente para o benchmark null. Além disso, deve ser projetado fornecendo os melhores benefícios para a proteção da EMI.

O sistema de aterramento deve servir:

controle de interferência eletromagnética, ambos internos para o sistema eletrônico ( Acoplamento capacitivo, indutivo e de impedância comum) como externo ao sistema (ambiente);

segurança ao invólucro de equipamentos conectados à proteção de proteção e, dessa forma, qualquer sinal de conexão terrestre referenciada ao habitação ou gabinete, direta ou indiretamente, permanece automaticamente referenciado à Terra de Distribuição de Energia.

Vários são o inconveniente por um sistema de aterramento inadequado onde podemos citar, entre outros:

falhas de comunicação (interferência, retrois, quadros corrompidos, bloqueios, etc.);

drifts (erros nas medidas de deslocamento de referências (deslocamentos), causando um aumento na variabilidade de processos, custos eu não-cálculos com matéria-prima, etc.);

excesso emi;

Aquecimento anormal dos estágios de potência (inversores, conversores, etc …) e motores;

indevido ações nas lógicas LLCs;

equipamentos de aquecimento, placas eletrônicas e sem motivos aparentes;

etc.

Os sinais podem variar basicamente devido a: flutuação de tensão;

harmônicos da corrente;

RF conduzido e irradiado;

temporário (condução ou radiação);

campos eletrostáticos;

campos magnéticos;

reflexões;

crosstalk;

atenuations;

ruídos de fase;

etc.

o principal As fontes de interferência são:

acoplamento capacitivo;

acoplamento indutivo;

condução através da impedância comum (conexão à terra): quando as correntes de dois circuitos passam pela mesma impedância. Por exemplo, o caminho da conexão do solo comum de dois circuitos.

acoplamento capacitivo

O acoplamento capacitivo é representado por A interação de campos elétricos entre os drivers. Um motorista passa perto de uma fonte de ruído (perturbadora), captura o ruído e transporta-o para outra parte do circuito (vítima). É o efeito de capacitância entre dois corpos com encargos elétricos, separados por um dielétrico, ou que chamamos de efeito de capacitância mútua.

O efeito de campo elétrico é proporcional à frequência e inversamente proporcional à distância.

O nível de perturbação depende das variações da tensão (DV / DT) e do valor do recurso de acoplamento entre o “cabo perturbador” e o “cabo de vítima”.

o acoplamento A capacitância aumenta com:

o inverso da frequência: a potência para o acoplamento capacitivo aumenta de acordo com o aumento da frequência (reatância capacitiva, que pode ser considerada como a resistência do acoplamento capacitivo, diminui para a frequência e pode ser visto na fórmula XC = 1 / 2PFC)

a distância entre os cabos perturbadores e vítima e o comprimento dos cabos que são executados em paralelo.

altura dos cabos em relação ao plano de referência (em relação a N no chão).

A impedância de entrada do circuito da vítima (circuito de impedância de alta contribuição são mais vulneráveis).

vítima de isolamento de cabo principalmente para paredes de cabo fortemente acopladas.

A Figura 1 mostra um exemplo do efeito pelo acoplamento capacitivo.

Figura 1 – Exemplo de O efeito por acoplamento capacitivo

Na Figura 2, podemos ver o acoplamento e suas fontes de tensão e corrente no modo comum e diferencial.

figura 2 – modo diferencial e modo comum – acoplamento capacitivo

medidas para reduzir o efeito de acoplamento capacitivo

- limite da extensão do cabo em funcionamento em paralelo.
- aumenta a distância dos cabos Correndo em paralelo.
- conectar ao solo uma das pontas dos escudos nos dois cabos.
- Reduza o DV / DT do sinal perturbador, aumentando o tempo de carregamento do sinal sempre que possível (soltando a frequência do sinal).

Sempre envolva o motorista ou equipamento com metálico material (Shield Faraday) é possível. O ideal é que ele cobre cem por cento a partir da parte a ser protegida e que esse escudo é fundamentado para que a capacitância de pareamento entre o motorista e o escudo não atue como um feedback ou elemento de crosstalk. A Figura 4 mostra a interferência entre os cabos, onde o acoplamento capacitivo entre os cabos induz transientes (eletroestáticos). Nesta situação, a corrente de interferência é drenada para o “escudo” sem afetar os níveis dos sinais.

figura 3 – Medidas para reduzir o efeito de acoplamento capacitivo

Figura 4 – Interferência do cabo: Acoplamento capacitivo entre induz os cabos transitórios (eletroestáticos) de Tensão

A Figura 5 mostra um exemplo de proteção transitória.

figura 5 – Exemplo de proteção contra tráfego (melhor corrente de foucault Solução)

Interferência eletrostática pode ser reduzida:

aterramento e blindagem adequados.

isolação optica.

para o uso de calhas de metal e bandejas aterradas.

a capacitância de acoplamento entre dois drivers separados por uma distância D.

figura 6 – acoplamento capacitivo entre motoristas em uma distância d

acoplamento indutivo

O “cabo perturbador” e o “cabo da vítima”, são acompanhados por um campo magnético. O nível de perturbação depende das atuais variações (DI / DT) e a indutância de acoplamento mútuo. A acoplamento indutivo aumenta com:

a frequência: a reatância indutiva é diretamente proporcional à frequência ( Xl = 2pfl).

a distância entre os cabos perturbadores e vítima e o comprimento dos cabos que são executados em paralelo.

a altura dos cabos com relação ao plano de referência ( em relação ao solo).

a impedância da carga do cabo ou circuito perturbador.

figura 7 – acoplamento indutivo entre drivers

Medidas para reduzir o efeito de acoplamento indutivo entre os cabos.

limite o comprimento dos cabos que funcionam em paralelo.
Aumente a distância entre o cabo perturbador e o cabo da vítima.
conectar um terreno As pontas dos “escudos” dos dois cabos.
Reduza o DV / DT do perturbador aumentando o tempo de aumento do sinal, sempre que possível (resistores conectados à série ou resistores de PTC no cabo perturbador, Anéis de ferrite em distúrbios e / ou cabo de vítima).

Figura 8 – Acoplamento indutivo entre cabo e campo

Medidas para reduzir o efeito do acoplamento indutivo entre cabo e campo

Limite a altura h do cabo ao plano do solo.
sempre que possível, Coloque o cabo ao lado da superfície de metal.
use cabos trançado.
use filtros de ferrites e EMI

Figura 9 – Acoplamento indutivo entre o cabo e o loop de terra

Medidas para reduzir o efeito de acoplamento indutivo entre o cabo e a Terra Lopp.

reduz a altura (h) e o final do final.
fornecido que seja possível Para colocar o cabo ao lado da superfície de metal
use cabos trançado
em altas freqüências, conecte o “blindagem” em dois pontos (cuidado!) e em baixa frequência em um único ponto apenas.

		cabos com e sem escudo: 60VDC ou 5VAC e < 400Vac	Cabos com e sem escudo: > 400Vac	Qualquer cabo sujeito a exposição de raio
fieldbus Cabo de comunicação		10 cm	20 cm	50 cm
Cabos com e sem escudo: 60VDC ou 25VAC e < 400Vac	10 cm		10 cm	50 cm
Cabos com e sem escudo: > 400Vac	20 cm	10 cm	50 cm
Qualquer cabo sujeito a exposição de raio	50 cm	50 cm	50 cm

tabla 1 – Distâncias entre cabos Fieldbus e outros tipos de cabos para garantir a proteção da EMI Lal

Figura 10 – Interferência entre cabos: campos magnéticos através do acoplamento indutivo entre os cabos, induza a corrente transitória (eletroímagnéticos)

A interferência eletromagnética pode ser reduzida: / p>

cabo trançado

isolaçion óptica

para o uso de calhas e bandejas de metal de conexão à terra.

Figura 11 – Indutância mútua entre dois drivers

Para minimizar o efeito de indução, o cabo de par trançado que minimiza a (s) área (s) e diminui o efeito do VB de tensão induzido, dependendo do campo B, efeitos de risco (medição dos efeitos de acordo com as distâncias) :

O cabo de par trançado é composto de pares de arame. Os fios de um par são suavemente torcidos para, através do efeito do cancelamento, reduzir o ruído e manter propriedades elétricas constantes do meio ao longo de sua extensão. O efeito de cancelamento reduz a Crosonia (Crosstalk) entre os pares dos fios e diminui o nível de interferência eletromagnética / radiofrequência. O número de tranças de arame pode ser variado para reduzir o acoplamento elétrico. Com a sua construção, fornece um acoplamento capacitivo entre os condutores do par. Ele tem um comportamento mais eficiente em baixas frequências (< 1MHz). Quando não está protegido, tem uma desvantagem no ruído no modo comum.Para baixas frequências, ou seja, quando o comprimento do cabo é inferior a 1/20 de forma de radiodifusão de ruído, a blindagem (malha ou escudo) apresentará a mesma potência em toda a sua extensão, neste caso, é recomendável conectar-se A blindagem em um único ponto de aterramento. Em altas frequências, isto é, quando a extensão do cabo é maior que 1/20 longa onda da frequência de ruído, o escudo apresentará alta suscetibilidade ao ruído, neste caso, recomenda-se que seja aterrado em ambas as extremidades .

no caso indutivo Vruid = 2pbacosa onde B é o campo já é o ângulo no qual o fluxo corta a área do vetor (a) ou mesmo dependendo da indutância mútua m: Vruid = 2pfmi onde eu / o corrente no cabo de alimentação.

figura 12 – Exemplo de ruído por Indução

Figura 13 nos mostra o comportamento do sinal em relação à forma de condicionamento e escudo do solo. Perceber que a melhor condição deve ser conectada ao solo ou “escudo” e ainda cria uma área de contato metálica conectada ao chão em um canal metálico.

Figura 13 – Efeito no sinal Dependendo do tratamento em relação ao solo e na escudo.

Uma Figura 14 detalha a situação de Profibus-DP e os laços da Terra.

Figura 14 – PROFIBUS-DP e loops de terra

Usando cabos blindados na minimização de ruído

no tópico de melhor eficiência do ruído Proteção, a blindagem dupla (trança e fólio), foram aplicadas com melhorias significativas na relação sinal / ruído e podemos comentar que:

com dupla proteção com certeza e eficiência, há cabos com mais de 3 proteções. O fechou a malha, melhor a proteção ..

Você pode usar o “blindagem” (trança) e o fólio de diferentes maneiras, aplicando as baixas e as altas frequências.

No caso de baixas freqüências, o cabo pode ser aterrado em apenas uma extramidade e espera-se que, no caso de a blindagem apresentar o mesmo potencial nessas freqüências. Com isso, teríamos maior proteção em ruídos de baixa frequência.

No caso de altas freqüências, o escudo apresentará alto ruído suficiente e, neste caso, é recomendado que seja conectado ao solo em ambos os membros (Aqui alguns cuidados devem ser levados em prática por questões de poder e segurança do equipamento).

Com esta alternativa de proteção dupla, protegeria a comunicação de baixas e altas freqüências, sendo melhor na proteção da EMI. / p>

A eficiência da malha (trança) é geralmente mais eficaz em baixas frequências, assim que o fólio é mais eficaz em freqüências mais altas.

Os cabos com “escudo” no especialista exigem Para ser avaliado porque eles podem apresentar efeitos indutivos e ser ineficientes em altas freqüências.

Assim que a conexão do solo da malha estiver disponível em um único ponto (veja a Figura 15), a corrente não circulará através da malha e não cancelará campos magnéticos. Quando você se conecta ao empate RRA em dois pontos, tem dois caminhos atuais, um para baixas e outro para altas frequências. Vale a pena lembrar que:

minimizar a extensão do motorista que se estende para fora do escudo.

Garantir uma boa conexão do “escudo” para a terra.

A distribuição de correntes ocorre, dependendo das freqüências, uma vez que a corrente tende a seguir o caminho menor. Até algum KHX: a reatância indutiva é insignificante e a corrente circula ao longo do caminho menos resistência.

Sobre a KHz: Há uma predominância de reatância indutiva e com isso a corrente circulará ao longo do caminho da menor indutância.

A impedância do caminho menor é que cuja rota de retorno é próxima Para a RoundTout, apresentando maior capacitância distribuída e menor indutância distribuída.

Quando o “escudo” estiver aterrado na terra:

nenhuma proteção contra laços da Terra.

Danos ao equipamento ativo possivelmente significativo quando a diferença potencial de aterramento entre os ambos os extremos ultrapase 1 V (RMS) (mais de 1 V (RMS) não é recomendado para se conectar ao solo em dois pontos. Cuidado!)

Resistência de aterramento elétrico deve ser o menor possível em ambas as extremidades do segmento para minimizar os “loops” da terra, principalmente em baixas frequências.

minimizar a extensão da conexão de referência de blindagem, Como essa extensão excessiva funciona como uma bobina e pode facilitar a suscetibilidade ao ruído.

a melhor solução para escudo magnético é reduzir a área “loop”. Um par trançado ou retorno atual é usado por blindagem.

A eficácia da blindagem de cabos trançada aumento com o número de voltas pr cm.

Figura 15 – Escudo em baixa e alta freqüência & conexão de terra em um e dois pontos.

em relação a Os investidores, que normalmente serão geradores de ruído, um ponto importante é que a maioria dos investidores possui frequência de troca que pode variar de 1,0 kHz a 30 kHz. Além disso, alguns fabricantes de investidores comentaram que frequentam os padrões da CE, e não em instalações, em vez de em instalações. Os inversores devem ser:

conectando-se adequadamente e de acordo com os manuais (“escudo” conectado ao solo em duas extremidades e os motores de motores conectados à terra são recomendados L. como fábricas).

a potência de saída, fixação de controle (E / S) e o sinal deve ser protegido com cobertura igual ou superior a 75%, Potência de Sarada, Fiação de Controlle (E / S) E Sinal Devem A capa blindada, a cobertura do Trançado com igual ou maior que 75%, fios do condutor de metal ou atenuação equivalente.

Todos os cabos com fio devem ter sua rescisão em um conector blindado apropriado.

Os cabos e vedações de controle devem ser separados pelo menos 0,3 m de força / linha de alimentação.

conclusão

a blindagem contra campos magnéticos não é Tão eficiente quanto é contra campos elétricos. O escudo só é eficiente quando estabelece um caminho de baixa impedância para a terra e, além disso, um escudo flutuante não protege contra interferências. A malha de blindagem deve ser conectada ao potencial de referência (Terra) do circuito que está sendo protegido. Ao aterrar o escudo em mais de um ponto, pode ser problemático.

em baixas frequências, os pares trançado absorvem a maioria dos efeitos da interferência eletromagnética. Já em alta freqüência, esses efeitos são absorvidos pela blindagem de cabos.

Vale lembrar mesmo se um material não magnético envolve um driver faz com que a corrente desse driver retorne a outra maneira de tal modo Que a área definida para o caminho desta corrente é menor que quando o driver não é embalado, essa proteção será mais eficaz.

Sempre possível, conecte as bandejas do cabo ao sistema de linha equipotencial.

Este artigo não substitui os padrões IEC 61158 e IEC 61784 e nem os perfis e guias técnicos de Profibus. Em caso de discrepância ou DUA, Padrões IEC 61158 e IEC 61784, perfis, guias técnicas e manuais de fabricantes prevalecem. Sempre que possível, veja o EN50170 para regulamentações físicas, bem como as práticas de segurança de cada área.

Referências

Artigos técnicos – César Cassiolato
manuais Smar
www.system302.com.br
www.smar.com.br
http://www.smar.com/brasil2/artigostecnicos/
http://www.electrical-installation.org/wiki/Coupling_mechanisms_and_counter-measures
EMI – Interferência Eletromagnética, César Cassiolato
Piso, cegadagem, ranchos e DIDA da Instalação, César Cassiolato
ou Uso de calhas de metal Minimizando como Correns por Foucault Em Installações Profibus, César Cassiolato
Educação e Interferêência e Interferêências Em Instalações Profibus, César Cassiolato
Research da Internet