Cuaderno Técnico nº 149

Cuaderno Técnico nº 149

La CEM: La compatibilidadelectromagnética

Jacques DELABALLE

Cuaderno Técnico Schneider n° 149 / p. 2

La Biblioteca Técnica constituye una colección de títulos que recogen las novedadeselectrotécnicas y electrónicas. Están destinados a Ingenieros y Técnicos que precisen unainformación específica o más amplia, que complemente la de los catálogos, guías de producto onoticias técnicas.

Estos documentos ayudan a conocer mejor los fenómenos que se presentan en las instalaciones,los sistemas y equipos eléctricos. Cada uno trata en profundidad un tema concreto del campo delas redes eléctricas, protecciones, control y mando y de los automatismos industriales.

Puede accederse a estas publicaciones en Internet:

http://www.schneiderelectric.es

La colección de Cuadernos Técnicos forma parte de la «Biblioteca Técnica» del Grupo Schneider.

Advertencia

Los autores declinan toda responsabilidad derivada de la incorrecta utilización de las informaciones y esquemasreproducidos en la presente obra y no serán responsables de eventuales errores u omisiones, ni de las consecuenciasde la aplicación de las informaciones o esquemas contenidos en la presente edición.

La reproducción total o parcial de este Cuaderno Técnico está autorizada haciendo la mención obligatoria:«Reproducción del Cuaderno Técnico nº 149 de Schneider Electric».

Jacques DELABALLE

Doctor de la Universidad de Limoges entró enMerlin Gerin en 1986 después de pasar 7 añosen Thomson.

Trabaja como responsable de los laboratoriosde CEM del centro de ensayos de SchneiderElectric y como miembro del comité 77(Compatibilidad Electromagnética) de laComisión Electrotécnica Internacional (CEI).

Trad.: J.M. Giró

Original francés: diciembre 2001

Versión española: febrero 2006

Cuaderno Técnico no 149

La CEM:La compatibilidad electromagnética


Compatibilidad ElectroMagnética, CEM(abreviatura)(VEI 161-01-07)

Capacidad de un aparato o de un sistema parafuncionar en su entorno electromagnético deforma satisfactoria y sin producir, él mismo,perturbaciones electromagnéticas intolerablespara todo aquello que se encuentra en suentorno.

Perturbación (electromagnética)(VEI 161-01-05)

Fenómeno electromagnético susceptible decrear problemas en el funcionamiento de undispositivo, de un aparato o de un sistema, ode afectar desfavorablemente la materia viva oinerte.

Nota: una perturbación electromagnética puedeser un ruido, una señal no deseada o unamodificación de un medio de propagación en símismo.

Nivel de compatibilidad (electromagnética)(VEI 161-03-10)

Nivel máximo especificado de perturbacioneselectromagnéticas a que se puede someter undispositivo, aparato o sistema que funciona encondiciones particulares.

Nota: en la práctica, el nivel de compatibilidadelectromagnética no es un nivel máximoabsoluto ya que, aunque debe de ser pocoprobable, puede ser superado.

Nivel de perturbación(no definido en el VEI 161)

Valor de una perturbación electromagnética deforma dada, medida en condicionesespecificadas.

Límite de perturbación(VEI 161-03-08)

Nivel máximo admisible de perturbacioneselectromagnéticas medido en condicionesespecificadas.

Nivel de inmunidad(VEI 161-03-14)

Nivel máximo de una perturbaciónelectromagnética de forma dada que actúasobre un dispositivo, aparato o sistemaparticular, sin que éste deje de funcionar con lacalidad deseada.

Susceptibilidad (electromagnética)(VEI 161-01-21)

Incapacidad de un dispositivo, aparato osistema para funcionar sin degradar la calidad

Terminología

en presencia de una perturbaciónelectromagnética.

La figura 1 permite situar los diferentesconceptos citados anteriormente en términosde nivel.

DecibelioUnidad de potencia sonora, también utilizadapara expresar razones de amplitud según larelación:

X/Xo (dB@) = 20.log10 X/Xo,

siendo

X = amplitud medida,

Xo = amplitud de referencia,

@ = unidad de medida de X y Xo.

Se pueden ver algunos ejemplos en la tabla dela figura 2.

Susceptibilidad de los materiales(distribución estadística)

Nivel de inmunidad(valor de ensayo especificado)

Nivel de compatibilidad(valor convencional)

Nivel de emisión(distribución estadística)

Nivel

Distribución estadística

Fig. 1: Situación de los niveles de CEM.

Fig. 2: Razones de amplitud expresadas en dB.

Razón de dB amplitudes

1 01,12 11,25 21,41 32 63,2 104 125 14

10 20100 40

1000 60


La CEM: la compatibilidad electromagnética

La CEM se ha de tener en cuenta en el estudio para la fabricación de materialeselectromagnéticos. Y también debe de tenerse en cuenta a la hora de instalarlos.Así, desde el arquitecto que diseña los edificios hasta los cableadores, sinolvidar a los ingenieros de diseño de redes y los instaladores, todos tienen algoque ver con esta disciplina de «paz»; disciplina que tiene por objeto hacer conviviren buena armonía materiales susceptibles de ser perturbados y/o de emitirperturbaciones.

Este Cuaderno Técnico, basado en la larga experiencia adquirida por SchneiderElectric, presenta las perturbaciones que se han encontrado y alguna de sussoluciones prácticas.

Índice

1 Introducción 1.1 La compatibilidad electromagnética –CEM– es un hecho, p. 6pero también una disciplina

1.2 Actualmente la CEM es indispensable p. 6

1.3 Su teoría es compleja p. 7

2 La fuente 2.1 Es muy importante conocer bien la fuente de las perturbaciones p. 82.2 Un ejemplo de fuentes permanentes de perturbaciones por p. 9conducción en electrónica de potencia

2.3 Un ejemplo de fuentes de perturbación por radiación: p. 11el cierre de aparamenta en las centrales MT y MAT

3 El acoplamiento 3.1 Diferentes modos existentes de acoplamiento p. 123.2 El acoplamiento campo a cable, en modo común o diferencial p. 12

3.3 El acoplamiento por impedancia común p. 14

3.4 El acoplamiento cable a cable en modo diferencial o diafonía p. 15

4 La víctima 4.1 Los fallos de funcionamiento p. 174.2 Algunas soluciones p. 17

5 La instalación 5.1 La instalación es una variable importante en la CEM global p. 20de un sistema

5.2 El diseño de la instalación p. 20

5.3 El montaje de la instalación p. 21

5.4 Ejemplos prácticos p. 21

6 Normas, medios de ensayo 6.1 Las normas p. 23y ensayos 6.2 Los medios de ensayos p. 24

6.3 Los ensayos p. 24

7 Conclusión p. 31

Anexo 1 Impedancia de un conductor en AF p. 32Anexo 2 Las partes de un cable p. 33Anexo 3 Ensayos hechos en los laboratorios CEM de Schneider Electric p. 34Bibliografía p. 36


1 Introducción

1.1 La compatibilidad electromagnética –CEM– es un hecho,pero también una disciplina

Clases Tipos Orígenes

Energéticas Picos de tensión Conmutación de fuentesCortocircuitoArranque de motores de gran potencia

Frecuencias medias Armónicos Sistemas con semiconductores de potenciaHornos de arco

Altas frecuencias Sobretensiones Caídas de rayo directas o indirectasManiobras de aparatos de mandoCorte de corrientes de cortocircuito con aparatosde protección

Descargas electrostáticas Descargas de la electricidad estáticaacumulada por una persona

Fig. 3: Las perturbaciones eléctricas más corrientes.

La CEM es un hecho debido a que equipos ysistemas soportan mutuamente sus efectoselectromagnéticos.

Según el vocabulario electrotécnicointernacional VEI 161-01-07, la CEM es lacapacidad de un dispositivo, equipo o sistema,para funcionar de manera satisfactoria en suentorno electromagnético sin introducir

perturbaciones intolerables precisamente porestar en dicho entorno.

Esta definición es la misma que adopta lanorma NF C 15-100, apartado 33.

Actualmente, la CEM es una disciplina que tratade mejorar la convivencia entre elementos quepueden emitir perturbaciones electromagnéticasy/o de ser susceptibles de padecerlas.

1.2 Actualmente la CEM es indispensable

De hecho y desde siempre, todo aparato estásometido a diversas perturbacioneselectromagnéticas y en mayor o menor medidatodo aparato eléctrico las genera.

Estas perturbaciones se generan de diversasmaneras. En principio, las principales causasgeneradoras son variaciones bruscas demagnitudes eléctricas, tensión o corriente.

En el Cuaderno Técnico nº 141 aparece unapresentación de las perturbaciones eléctricasmás frecuentes (figura 3) en el campo de laelectrotecnia de BT. El Cuaderno Técnico nº 143trata, por otra parte, de las perturbacionesdebidas a las maniobras de la aparamenta MT(Media Tensión).

Estas perturbaciones se pueden propagar porconducción, a lo largo de los hilos de loscables, o por radiación, en forma de ondas

electromagnéticas. Las perturbacionesproducen fenómenos indeseables; dosejemplos de ello pueden ser los ruidos ychasquidos que oímos en la radio, y lasinterferencias de estas emisionesradioeléctricas en los sistemas control y mando.

En estos últimos años se han presentado unaserie de factores que dan más importancia ala CEM:

las perturbaciones son cada vez másimportantes ya que tensiones e intensidadesvan en aumento,

los circuitos electrónicos son cada vez mássensibles,

las distancias entre los circuitos sensibles(a menudo electrónicos) y los circuitosperturbadores (de potencia) se reducen.


Para desarrollar sus nuevos productos,Schneider Electric ha tenido que profundizar en elestudio de la CEM para después poder aplicarla.En efecto, en la aparamenta eléctrica modernaconviven estrechamente las corrientes bajas ylas grandes corrientes del transporte de energía,electrónica de control y mando y electrónica depotencia. Electrónica de protección y aparamentaeléctrica de potencia.

La CEM es, pues, un criterio fundamental quese ha de respetar en todas las fases dedesarrollo y fabricación de productos (figura 4),pero también en las fases de instalación y decableado.

Actualmente además, las normas tienen encuenta la CEM y esta compatibilidad se estáconvirtiendo en un requisito legal imprescindible.

La experiencia de Schneider Electric y susproductos no se limitan a conseguir un buenfuncionamiento de cualquier sistema eléctricoy/o electrónico en un entorno electromagnéticohabitual. Sus equipos y montajes, por ejemplo,son capaces también de resistir al entornoelectromagnético más adverso, como es el delos impulsos electromagnéticos originados porexplosiones nucleares de gran altura.

Por eso, el endurecimiento a las radiaciones ola mejora de la resistencia de sistemassometidos a impulsos electromagnéticos deorigen nuclear, requiere la aplicación de lasmejores técnicas de instalación de la CEM.

Fig. 4: Un ejemplo de aplicación de la CEM: unacelda MT «SM6» integra un interruptor automático quecorta cientos de amperios a decenas de kilovoltios, yuna unidad programable SEPAM de protección y decontrol y mando. El conjunto debe de estar siempreoperativo bajo cualquier circunstancia.

1.3 Su teoría es compleja

Cualquier aproximación a la CEM implica elestudio de un sistema compuesto de treselementos:

el generador de perturbaciones o fuente,

la propagación o acoplamiento,

y el elemento perturbado o víctima.

Aunque estos tres elementos no sonestrictamente independientes, en la práctica setratan como si lo fueran.

Hay que resaltar que la instalación, que setratará en el capítulo 5, tiene un papelpreponderante en la propagación deperturbaciones.

El estudio teórico es difícil, ya que está muyrelacionado con el de la propagación de ondaselectromagnéticas descrito por un conjunto deecuaciones diferenciales complejas: lasecuaciones de Maxwell. Estas ecuacionesgeneralmente no se pueden resolver de formaexacta en las estructuras físicas reales; inclusocon los sistemas informáticos más potentes esmuy difícil conseguir un resultado numéricosuficientemente aproximado.

En la práctica, hay que tratar los problemas decompatibilidad electromagnética utilizando uncierto número de hipótesis simplificadoras,usando modelos y, sobre todo, recurriendoconstantemente a la experimentación y a lamedida.


2 La fuente

2.1 Es muy importante conocer bien la fuente de las perturbaciones

El conocimiento de las fuentes, mejor aún, suidentificación y medida, es indispensableporque permite determinar qué solución se hade aplicar para:

limitar la perturbación (por ejemplo, poner enparalelo con la bobina de un contactor unbloque antiparásito RC, si es en ca, o un diodo,si es en cc),

evitar los acoplamientos (por ejemplo,separar dos elementos difícilmentecompatibles),

insensibilizar a las víctimas potenciales(usando, por ejemplo, blindajes).

Sus causas principalesSe considera una fuente cualquier aparato ofenómeno físico-eléctrico que emita unaperturbación electromagnética, por conduccióno radiación. Entre las principales causas de lasperturbaciones hay que destacar: la distribuciónde energía eléctrica, las ondas hercianas, lasdescargas electrostáticas y el rayo.

En la distribución de la energía eléctricagran parte de las perturbaciones provienen demaniobras de cierre y apertura de circuitos:

en BT, las aperturas de circuitos inductivos,como las bobinas de contactores, motores,electroválvulas…, producen en los bornes deestos arrollamientos subidas de tensión muyimportantes y de alta frecuencia (algunos kV ydecenas y hasta centenares de MHz),

en MT y AT la apertura y el cierre de loselementos de corte provocan la aparición deondas de frente muy abrupto (de algunosnanosegundos). Estas ondas perturban, enespecial, a los sistemas con microproce-sadores.

Para algunos equipos electrónicos, lasondas hercianas que provienen de lossistemas de televigilancia y telemando, decomunicaciones por radio, televisión, walkie-talkie… son fuentes de perturbación quepueden llegar a ser del orden de algunosvoltios por metro. El uso de todos estoselementos emisores va en aumento, lo quelleva a la necesidad de endurecer (proteger)estos equipos.

Por último, hay que tener presente que laspersonas se pueden cargar electrostáticamente,por ejemplo caminando sobre una moqueta.

Con un tiempo frío y seco, ¡el cuerpo humanopuede llegar a un potencial superior a 25 kV!Cualquier contacto con un equipo electrónicoprovoca entonces una descarga eléctrica quepuede afectar al aparato por conducción o porradiación, y cuya rampa de subida (muy corta,de algunos nanosegundos) produce una grancantidad de perturbaciones.

Principales características de estasperturbacionesLas fuentes de perturbaciones pueden ser«necesarias» (emisora de radio) o «nonecesarias» (equipo de soldadura por arco).Pero se distinguen de forma general por lascaracterísticas de las perturbaciones queinducen:

espectro,forma de onda, o el tiempo de subida, o la

envolvente del espectro,amplitud,energía.

El espectro, o banda de frecuencias cubiertapor las perturbaciones, puede ser muy estrecho,como es el caso de los radioteléfonos, o por elcontrario, muy ancho, como por ejemplo el hornode arco.

Las perturbaciones impulsionales tienen departicular que su espectro es muy ancho,pudiendo llegar hasta un centenar de MHz(figura 5). En esta categoría podemos encontrar,esencialmente, las perturbaciones que tienencomo fuente:

las descargas electrostáticas,

el funcionamiento de la aparamenta, comopor ejemplo, relés, seccionadores, contactores,interruptores e interruptores automáticos, en BTy en MT/AT,

y, finalmente, en un campo más «específico»,los impulsos electromagnéticos nucleares(I.E.M.N.).

Teniendo en cuenta que la frecuencia de lasperturbaciones electromagnéticas. Estarepresentación consiste, para una señal


repetitiva, en su descomposición en serie deFourier (como una suma de armónicos).

La forma de onda es característica de lavariación temporal de la perturbación, porejemplo sinusoidal amortiguada obiexponencial. Se expresa bajo la forma de untiempo de subida tm, de una frecuenciaequivalente al tiempo de incremento (0,35/tm),o simplemente de la frecuencia de laperturbación si ésta es de banda estrecha, o,finalmente, bajo la forma de una longitud de

onda λ que se relaciona con la frecuencia f porla expresión λ = c/f donde c es la velocidad de laluz (3.108 m.s-1).

La amplitud es el valor máximo alcanzadopor la señal, tensión (voltio), campo eléctrico(voltio/metro), …

La energía de la perturbación es la integralde la potencia en toda la duración de estaperturbación (en julios).

2.2 Un ejemplo de fuentes permanentes de perturbaciones por conducciónen electrónica de potencia

En electrónica de potencia, las fuentes deperturbaciones son principalmente transitoriosde tensión, y más raramente, de corriente. Latensión puede variar en unas cuantas centenasde voltios en unas decenas de nanosegundo, loque representa una dV/dt superior a 109 V/s. Esun ejemplo de esto la técnica de generación deuna onda senoidal a partir de una tensióncontinua mediante la modulación de ancho deimpulso (PWM) (figura 6) en la que sepresentan variaciones de tensión entre 0 y Ucc(660 V en trifásica-rectificada) de tiempos muycortos, de algunos nanosegundos amicrosegundos, según las tecnologías.

Estas variaciones bruscas de tensiónproducen diversos fenómenos perturbadores,de los que el más molesto es, por experiencia,

la circulación de corriente a través de todas lascapacidades parasitarias. La corriente, enmodo común, de esta capacidad parásita Cp,es IMC = Cp.dV/dT. Teniendo en cuenta que lacorriente de la capacidad parásita Cp esIMC = Cp.dV/dT.

Por tanto, los valores de frentes antes citadossobre una capacidad parásita de 100 pF, sonsuficientes para producir corrientes debastantes centenas de mA. Esta corrienteperturbadora circula por el conductor dereferencia de tensión de los aparatoselectrónicos (circuito 0 V) y puede modificar lainformación (de datos o de programas)superponiéndose a sus débiles señales, yhasta perjudicar a otros equipos al serreinyectada a la red de distribución pública.

Amplitudde laperturbación

0Tiempo

T

Banda estrecha

Frecuencia1/T0

Densidadespectral

Amplitudde laperturbación

0Tiempo

Banda ancha

Densidadespectral

00,35 / tm

tm Frecuencia

Caso de una señal de radio

Caso del efecto indirecto de la descarga de un rayo

Fig. 5: Ejemplo de características espectrales de perturbaciones.


Este tipo de fenómenos se podrían tratar y portanto controlar la CEM, haciendo más lenta lasubida de tensión. Pero una solución comoésta, conlleva un sensible aumento de laspérdidas por conmutación en los transistores,lo que no sería muy favorable desde el punto devista de las sobrecargas térmicas. Otra formaeficaz de reducir estas corrientes es aumentarla impedancia de tipo común (entre estructurasy masa). Así por ejemplo, para el montaje de loscompuestos electrónicos de potencia, seutilizan normalmente dos soluciones:

o dejar flotantes (sin unión eléctrica) losradiadores de refrigeración de los

componentes (figura 7), cuando las reglas deseguridad de personas lo permiten,

o disminuir la capacidad parasitaria entre elcomponente y el radiador, con el uso de unaislante con una capa de dieléctrico muydelgada (figura 8).

Todas estas precauciones son las quedistinguen un convertidor contaminante de unconvertidor que reinyecta el menor númeroposible de perturbaciones en la red.

Cabe señalar que la electrónica de bajacorriente (control y mando) de un convertidordebe de estar, y lo está, protegida contra lasperturbaciones generadas por sus propioscircuitos de potencia.

Para limitar de una manera eficaz y económicala emisión por conducción, se necesitacomprender y dominar el fenómeno en la«fuente». Existen otras fuentes de perturbaciónpor conducción que se dan con menosfrecuencia, como la del rayo o las subidas detensión de maniobra, capaces de generar unasdV/dt y dl/dt importantes. Estas perturbacionesgeneran también campos radiados.

Masa

SemiconductorAislante Radiador

Cp

V

Fig. 7: La capacidad parasitaria de un radiador derefrigeración de componentes electrónicos, unelemento tomado en cuenta en el diseño de las«ramas de un ondulador».

Fig. 8: Capacidades parasitarias típicas de losprincipales aislantes usados para el montaje de loscomponentes electrónicos.

Arandela aislante Grosor Capacidadcápsula TO3 (mm) parásita (pF)

Mica 0,1 160Plástico 0,2 95Aluminio 2 22

U

Ucc

Ucat

Ucc

tm td

t

Curva Uca

(porción de sinusoide)

Fig. 6: Una fuente de perturbaciones en los equipos de electrónica de potencia con generación de la senoidepor modulación de ancho de impulso (PMW):a: principio,b: un impulso muy ampliado (la escala ampliada es la de tiempo t), la porción de sinusoide estádesproporcionada ya que, en realidad, ocupa 20 ms; tm ≈ 2 a 3 td (de 10 ns a 1µs).

a) b)


2.3 Un ejemplo de fuentes de perturbación por radiación:el cierre de aparamenta en las centrales MT y MAT

Alrededor de los centros de transformación,especialmente de media tensión y de muy altatensión, pueden aparecer camposelectromagnéticos impulsionales muy intensos.

Ciertas maniobras de la aparamenta generanvariaciones de tensión muy superiores a lasnominales y en tiempos muy cortos. Porejemplo, al cerrar un interruptor de 24 kV loschisporroteos de precebado hacen variar latensión en algunas decenas de kV en unospocos nanosegundos (10-9). En el CuadernoTécnico nº 153 «Interruptores automáticos conSF6 Fluarc y protección de motores MT» seaportan datos más precisos en este sentido.

Las medidas efectuadas en los laboratoriosSchneider han puesto de manifiesto que a unmetro de una celda MT de 24 kV, durante lamaniobra, los campos impulsionalessinusoidales amortiguados alcanzan un valorde cresta de 7,7 kV/m y una frecuencia de80 MHz. (Estos valores de campo sonextremadamente importantes. A títulocomparativo, un aparato portátil emisor deondas de radio de 1 W, por ejemplo un walkie-talkie, genera, a un metro de su antena,campos del orden de 3 a 5 V/m). Aquellasvariaciones se propagan por los conductores,juegos de barras, cables y líneas aéreas.Teniendo en cuenta las frecuencias en juego,dicho de otra forma, la rapidez del fenómeno,las estructuras conductoras (juegos de barras)

se convierten en verdaderas antenas radiantes.Y los campos electromagnéticos que generantienen características que dependen en granmedida del entorno físico, especialmente de lasenvolventes metálicas (tabiques, celdas).

En los centros de transformación blindados demuy alta tensión, los campos electromagnéticosson particularmente importantes. Lasenvolventes metálicas blindadas aisladas conSF6 tienen una estructura coaxial y presentanuna impedancia característica constante.Cuando se producen variaciones bruscas detensión, en el interior de las envolventesmetálicas tubulares se crean fenómenos deondas estacionarias, que se deben a reflexionessobre elementos que representan cambiosbruscos de impedancia, por ejemplo, losaisladores pasamuros de salida de la celda. Laamplitud y la duración del fenómeno se ven asíaumentadas.

El entorno electromagnético que hay entre la MTy la MAT exige, pues, estudios avanzados decompatibilidad electromagnética para eldesarrollo, la instalación de relés y dedispositivos de control y mando. Tanto máscuanto que estas perturbaciones por radiaciónno son las únicas que generan centros detransformación sino que también son fuente delos transitorios conducidos de tensión citadosal principio de este párrafo (figura 9).

Fig. 9: SEPAM y unidad de control de Masterpact; aparatos de protección de MT y BT, de control y mando, conelementos electrónicos digitales, desarrollados por Schneider Electric y diseñados teniendo en cuenta losestudios de la CEM.


3 El acoplamiento

3.1 Diferentes modos existentes de acoplamiento

Se entiende aquí por acoplamiento el enlace,el paso o transmisión de perturbacioneselectromagnéticas de la fuente a la víctima.

El acoplamiento se caracteriza por uncoeficiente kf, llamado de acoplamiento,expresado en dB (-75 dB, por ejemplo), y quepuede definirse como la eficacia de latransmisión de una perturbación de la fuente ala víctima potencial[k = 20 log (Arecibida/Atransmitida), siendo A laamplitud de la perturbación].

Para conocer la CEM es importante definir estecoeficiente, ya que, cuanto más pequeño es

(y por tanto mayor es su valor absoluto endecibelios), menor es la perturbación querealmente sufre la víctima potencial y mejor esla CEM.

Clásicamente se distinguen tres tipos deacoplamiento:

el acoplamiento de campo a cable, en modocomún o diferencial,

el acoplamiento por impedancia común,

el acoplamiento de cable a cable en mododiferencial o diafonía.

3.2 El acoplamiento campo a cable, en modo común o diferencial

Un campo electromagnético se puede acoplara cualquier estructura filamentosa, por tanto atodos los cables, y generar, en estasestructuras, tensiones ya sea de tipo común(respecto a masa), ya sea de tipo diferencial(entre hilos), o las dos. Estos acoplamientosse denominan campo a cable; es el efecto deantena (captadora) de los cables, de las pistasde circuitos impresos, etc.

Los acoplamientos en modo común son losque captan perturbaciones de tensión o decorriente en modo común.

Una tensión conducida en modo común (VMC)es una tensión que se aplica al conjunto de losconductores activos. Esta tensión se referenciarespecto a masa o respecto a tierra (casohabitual en electrotecnia): así los ensayos deaislamiento en modo común de losinterruptores automáticos BT se hacen entretodas las fases conectadas y tierra.

Una corriente en modo común (IMC) es unacorriente que recorre todos los conductoresactivos en el mismo sentido (figura 10). Lacorriente inducida por la caída de un rayosobre una línea de BT es una corriente enmodo común.

Los acoplamientos en modo diferencialimplican tensiones o corrientes en el sentidoclásico de la palabra, por ejemplo entre las dosfases de un interruptor automático o entre losdos hilos que conducen una señal de medida aun elemento electrónico.

Las ecuaciones que rigen el acoplamientoentre un campo electromagnético (de unaimpedancia de una onda cualquiera) y unaestructura filamentosa (que también puede serde cualquier forma) son muy complicadas.

En la mayor parte de los casos, no se puedenresolver ni de manera analítica, ni incluso concálculo informático-digital.

Sin embargo uno de estos acoplamientos,simple y de los más frecuentes, se puedeexpresar de forma analítica, si se trata de unacoplamiento entre el componente magnéticode un campo electromagnético y un bucle desuperficie S formada por conductores(figura 11).

La componente magnética H del campo induceen serie en el bucle una tensión igual a:

e = µ0 S dH/dt, donde µ0 = la permeabilidad delvacío (4 π 10-7 H/m).


Así, por ejemplo, en un centro detransformación MT, en un bucle (de un hilo o deun cable) de 100 cm2 situado a 1 m de unacelda (figura 12), sometido a un campoimpulsional de 5,5 kVef /m (valor medido en unlaboratorio), se inducirá una tensión transitoriaen serie, igual a 15 V.

Campoelectromagnético

e = tensión inducida por el campoelectromagnético

E

H

e

Superficie sometidaa un campo

electromagnético

Fig. 11: Un ejemplo de acoplamiento campo a cablede tipo diferencial.

0 volt

Masa de la celda

0 volt

Fig. 12: Ejemplo de bucle de masa en la caja de unequipo de aparamenta BT de una celda MT.

Generador deperturbaciones

CP

VMC

CpCp

MC

MC

Fig. 10: Tensión y corriente de modo común entre dos relés de una caja de aparamenta BT de una celda MT.

Esta ley se considera como válida si el ladomayor del bucle no sobrepasa una décima dela longitud de onda de la perturbación.

Recordemos que un bucle de este tipo(figura 12) se crea fácilmente, por ejemplo, enla «caja de relés» con los cables verde-amarillocuando están conectados en estrella a la masa.


3.3 El acoplamiento por impedancia común

Como su propio nombre indica, el acoplamientopor impedancia común es el resultado de lapresencia de una impedancia común a dos ovarios circuitos. Esta impedancia común puedeser el conjunto de masa, la red de tierra, la redde distribución de energía, el conductor deretorno de gran parte de las señales en unmismo conjunto de baja corriente, etc.

Veamos un ejemplo (figura 13) que nospermita comprender la gran importancia deeste tipo de acoplamiento: una corrienteperturbadora en un circuito A de una decena demA es suficiente para crear en un circuito Btensiones perturbadoras de varios voltios. Elcircuito de medida debería tener comoreferencia el punto M y no el punto A. Estoseguramente puede ser perjudicial en losaparatos electrónicos con circuitos integradosque trabajan con tensiones del mismo ordende magnitud.

En este ejemplo, la impedancia común puededeberse a los pocos metros que existen entreun cable común y los dos circuitos A y B.

La perturbación tiene, entonces, un valor Uc,donde Uc = Ia Zc, siendo:

Ia: corriente perturbadora.

Zc: impedancia común (figura 14).

En baja frecuencia, es normal que el valor dela impedancia común sea extremadamente

bajo. Para una red de tierra, por ejemplo, laseguridad obliga a usar unos valores mínimosde sección de los conductores de protecciónsegún el régimen de neutro. El valor deimpedancia a 50 Hz entre dos puntos de la redde masa es siempre muy inferior a 1 Ω.

Pero lo que aquí nos importa es considerar elvalor de esta misma impedancia en lasfrecuencias características de los fenómenosde perturbación descritos anteriormente. Enestos casos el valor de esta impedancia tomaunos valores mucho más importantes, algunoskW e incluso más (anexo 1).

Z común

+

-

0 volt

entrada

alimentación+ medida

Circuito B de medida

Circuito A de alimentación

A

M

Circuito dealimentación

Circuito demedida

a = i1 + i2

E1 E2

Uc

Z1 Zc Z2

i1 i2

Fig. 13: Las medidas efectuadas por el amplificador operacional serán erróneas, ya que una corrienteperturbadora en el circuito A (de alimentación) es suficiente para crear en el circuito B (de medida) tensionesperturbadoras.

Fig. 14: Esquema de impedancia común.


3.4 El acoplamiento cable a cable en modo diferencial o diafonía

La diafonía es un tipo de acoplamiento que separece al acoplamiento campo a cable. Y sedenomina diafonía capacitiva o diafoníainductiva según que su origen sea una variaciónde la tensión o una variación de la intensidad.

Una variación brusca de tensión entre un cabley un plano de masa o entre dos cables(figura 15) genera un campo que a cortadistancia, con ciertas aproximaciones, puedeconsiderarse como principalmente eléctrico.Este campo puede inducirse en otra estructurade hilos paralela. Es la diafonía capacitiva.

De la misma forma, una variación de corrienteen un hilo o en un cable genera un campoelectromagnético que, mediante las mismasaproximaciones, se puede considerar comopuramente magnético. Este campo puedeentonces acoplarse formando un par e induciruna tensión perturbadora. Esto es la diafoníainductiva (figura 16).

De hecho, la diafonía capacitativa y la diafoníainductiva se dan desde que los conductorestienen un trazado paralelo y próximo. Ladiafonía puede presentarse en cualquier tubo ocanaleta de cables, y más concretamente entrecables de potencia que transporten, en mododiferencial, perturbaciones AF, y los pares dehilos de una red que transporte señalesdigitales. Además, estas diafonías son tanto

más importantes cuanto mayor sea la longitudde los cables que circulan paralelamente,cuanto menor es la separación de los cables opares y cuanto más elevada sea la frecuenciade los fenómenos. Por ejemplo, para la diafoníacapacitiva y con las observaciones de lafigura 15, el coeficiente de acoplamiento, entensión, se expresa de la siguiente manera:

C12

C12 + C20j 2 f

1

R (C12 + C20 )j 2 f +

VN

V1

=

siendo:

V1, tensión de la fuente,

VN, tensión perturbadora inducida por elacoplamiento,

C12, capacidad de transferencia entre losdos hilos, proporcional a su longitud y a uncoeficiente aproximado igual a Log [1+(h/e)2]donde h es la separación de los dos hilos delpar, y e la separación de los pares,

C20, capacidad de fuga entre los dos hilosdel par afectado,

R, impedancia de carga del par afectado.

e

V1

h

h

R

VNC20

C12

H

Cable(potencia)

Par de hilos(baja corriente)

e

Fig. 15: Una variación brusca de tensión V1 entredos hilos genera un campo que, a corta distancia,se puede considerar como eléctrico, y puede induciruna tensión VN en otro conjunto de hilos paralelo;este tipo de acoplamiento se llama diafoníacapacitiva.

Fig. 16: Una variación de corriente en un cablegenera un campo electromagnético que, a cortadistancia, se puede considerar como puramentemagnético y puede inducir, entonces, una tensiónperturbadora en los cables que forman un bucle; estetipo de acoplamiento se llama diafonía inductiva.


En esta fórmula el primer término deldenominador puede obviarse generalmentecon relación al segundo término. Por tanto, enuna primera aproximación, se puede escribirque:

C12

C12 + C202 f

1

R (C12 + C20 )

VN

V1

2 f R C12=

R C12=

Para fijar los conceptos, consideremos dospares de hilos discurriendo paralelamentedurante 10 m, con h = 1 cm, e = 2 cm y R = 1 kΩ.El cálculo da, para una señal de 1 MHz, uncoeficiente de acoplamiento de -22 dB, es decir:

=VN

V1

1

12

En realidad, los acoplamientos capacitivos einductivos de este tipo se reducenconsiderablemente con el uso de parestrenzados e incluso blindados.


4 La víctima

La víctima, en la trilogía fuente/acoplamiento/víctima, es cualquier material susceptible deser perturbado.

4.1 Los fallos de funcionamiento

Se clasifican en cuatro tipos:

permanente y que se pueda medir,

aleatorio y no repetitivo que aparece almismo tiempo que las perturbaciones,

aleatorio y no repetitivo que persistedespués de la aparición de las perturbaciones,

defecto permanente sufrido por el equipo(con destrucción de componente(s)).

Estos cuatro tipos caracterizan la duración deun fallo, pero no su gravedad.

La gravedad de un fallo es un criterio quedepende de la funcionalidad, de lo crítico quesea cada equipo.

Ciertos fallos, como puede ser una pérdidamomentánea de visualización en un display, sepueden aceptar temporalmente; otros soninaceptables, por ejemplo el que un equipo deseguridad deje de actuar.

4.2 Algunas soluciones

Numerosas disposiciones constructivaspermiten obtener, a bajo coste, materiales quetienen una buena resistencia a lasperturbaciones electromagnéticas. Estasprecauciones están relacionadas con:

el diseño de circuitos impresos (respecto ala separación funcional de circuitos, su trazadoy forma de conexión),

la elección de componentes electrónicos,

la forma de estar hechas las carcasas oenvolventes,

la interconexión de las masas,el cableado.

En la elección intervienen numerosos factores,y por eso la elección debe hacerse en la fasede estudio para evitar sobrecostes quesiempre son importantes en el caso de lamodificación en el diseño una vez puesto enmarcha el proyecto.

La aplicación de todas estas precaucionesexige un saber hacer que sobrepasa la acciónde filtros y blindajes, frecuentemente

preconizados para endurecer un materialrecién acabado y cuya eficiencia frente a la CEMno se ha tenido suficientemente en cuenta.

El diseño de circuitos impresosEn el diseño de tarjetas se tiene que respetarun cierto número de reglas. Estas reglas serefieren a la distribución funcional y al trazadode pistas.

Desde que se diseña la ubicación de loscomponentes ya es posible reducir losacoplamientos entre unos y otros debidos a suproximidad; por ejemplo, el reagruparelementos que pertenecen a la mismacategoría de circuito (digitales - analógicos - depotencia) según su susceptibilidad reduce lasinterferencias.

Por otra parte, el trazado de las pistas sobre uncircuito impreso tiene una incidencia importantesobre la susceptibilidad de una tarjeta: elmismo esquema eléctrico, implantado dediferentes maneras tendrá una inmunidad a lasperturbaciones que podrá variar con un factor

Se trata generalmente de un equipo que tieneuna parte electrónica y que presenta unadisfunción debido a la presencia de perturba-ciones electromagnéticas generalmente deorigen externo.


Fig. 17: El trazado de circuitos puede reducir la susceptibilidad de una tarjeta, ya sea para minimizarimpedancias (trazado a la inglesa), ya sea para reducir acoplamientos debidos al campo electromagnético(trazado con plano de masa).

0 volt

Trazado con pista estrecha Trazado de superficies Trazado con plano de masa

de uno a unas cuantas decenas. Por ejemplo,un trazado de circuitos «a la inglesa»(figura 17), quitando el mínimo de cobre,reduce su radiación y sensibilidad.

La elección de componentes electrónicos

Numerosos componentes permiten aseguraruna protección eficaz contra las perturbacionespor conducción. La elección de estoscomponentes depende de la potencia de loscircuitos que se tienen que proteger(alimentación, control y mando, …), y del tipo deperturbaciones. Así, contra las perturbacionesen modo común en un circuito de potencia se

usará un transformador si éstas son de bajafrecuencia (< 1 kHz), pero será preferible un filtropara las altas frecuencias.

La tabla de la figura 18 da una lista, noexhaustiva, de los componentes de protección.No todos son equivalentes: un filtro no protegede las sobretensiones, y un limitador desobretensión no elimina las perturbaciones AF.

Realización de las envolventesColocar una envolvente conductora (blindaje)alrededor de equipos sensibles es una manerade protegerlos contra los camposelectromagnéticos.

Fig. 18: Lista de componentes de protección.

Tipos Ejemplos Aplicaciones

Limitadores de sobretensión Chispómetro, pararrayos, Instalación, alimentación,limitadores de sobretensión control y mando

Varistancia, diodo zener Circuitos electrónicos

Componentes para filtraje Transformador, inductacia, Alimentación, control y mandocondensador, filtros (instalación y circuitos electrónicos)

Componentes para blindaje Mallas, plano de masa, Transmisión de informacióncable blindado, juntas para MAF (armarios en lugares con perturbacionesdedo de contacto y parásitos)


Para que el blindaje sea eficaz, el grosor delmaterial conductor usado debe sobrepasar elvalor de absorción a las frecuenciasperturbadoras consideradas (figura 19). Anteuna perturbación de una frecuencia muy alta oante un campo eléctrico, se puede utilizar coneficacia un barniz conductor. Pero sólo unrevestimiento hecho con un material de granpermeabilidad permite detener los camposmagnéticos en BF.

La interconexión de masasEn este campo, la continuidad eléctrica entrelas diversas partes de la caja esextremadamente importante. Su conexión debede hacerse con cuidado protegiendo, porejemplo, las zonas de contacto de cualquierdepósito de pintura, pero también usandotrenzas anchas y cortas (para reducir almáximo la impedancia).

El cableadoIgual importancia tiene el blindaje de cables, aveces llamado pantalla, que es una extensiónde la envolvente conductora que se ha hechoalrededor del equipo sensible. Este blindajedel cableado ha de estar conectado a la masade la envolvente de la forma más corta posible.Además debería envolver a los cablescompletamente en todo su perímetro, para laprotección contra las perturbaciones de altafrecuencia.

Como en los acoplamientos de camposelectromagnéticos con una estructura de hilo

(capítulo 3), la teoría sobre el blindaje de cableses muy compleja y es difícil abordarla en estedocumento. En la bibliografía citamos algunasobras de referencia.

Teniendo en cuenta todas estas reglas dediseño y de fabricación se llega a conseguirque el producto o el sistema sea inmune a lasperturbaciones electromagnéticas de formasuficiente y considerando el medio en el queestá situado.

Sin embargo, esta inmunidad no se puedevalidar más que de forma experimental mediantemedidas que permiten cuantificar la eficacia delas diferentes situaciones. Así, por ejemplo, enMerlin Gerin, las diferentes maquetas de losproyectos de relés electrónicos de losinterruptores automáticos se someten a unconjunto de ensayos muy estrictos,representativos de las peores perturbaciones alas que pueden verse sometidos estos relés.

El objetivo final de estos ensayos es el deverificar que el relé no disparaintempestivamente, que el interruptorautomático abre adecuadamente y que, cuandoha de actuar, lo hace en el tiempo exigido.

Las normas «productos» ya incorporan estasexigencias; es el caso, por ejemplo de lasnormas:

CEI 60947-2, que se refiere a losinterruptores automáticos industriales,

CEI 61131-2, que se refiere a los autómatasprogramables.

Conductividad ( . m )

Espesor de la envolvente

Transmisión

Reflexión

Ondaincidente

Absorción

Grosor de paso =

-1-1

212 Espesor

de chapa

Fig. 19: Fenómeno pantalla de un revestimiento metálico.


5 La instalación

5.1 La instalación es una variable importante en la CEM global de un sistema

5.2 El diseño de la instalación

Fig. 20: Ejemplo de implantación de equipamiento eléctrico teniendo en cuenta la CEM.

yyyyyyyyyyyyyy

Baja tensión «taller»cuadro de distribución

Centro de transformación de reparto MT/BT a Cuadro General BT

Baja tensión «máquinas»cuadro con transformadorde separación

Laboratorio

Fabricación

BT para «oficina»cuadro de distribución y SAI

Servicio comercialServicio informático

Máquinasde soldar

Como prueba tenemos la norma NF C 15-100,norma general de instalación en BT, quededica un apartado completo, el apartado 33,a la compatibilidad electromagnética.

Los dos capítulos anteriores demuestran laimportancia que puede tener la forma deinstalar en los fenómenos de la CEM, tanto enel diseño como en su instalación.

En los estudios y en la implantación de la CEMpueden influir especialmente dos factores: laelección de los materiales y su disposiciónrelativas (figura 20).

El primer factor está relacionado a la vez con laselección de las fuentes y de las víctimas: unaparato escogido para una función dada puedeser más o menos generador de perturbacionesy/o susceptible de sufrirlas.

Por ejemplo, si dos aparatos han de funcionarpróximos el uno del otro, deberán:

o bien asociar una fuente poco perturbadoray una víctima «ordinaria» (medianamentesensible),

o bien, al contrario, asociar una fuente«ordinaria» (medianamente perturbadora) y unavíctima poco sensible,

o al menos satisfacer un compromiso entrelos dos extremos.

Y el segundo factor, que depende directamentedel primero, consiste en colocar loscomponentes, ya escogidos y definidos, segúnsus características relativas para satisfacer lasnecesidades de la CEM.

Es fácil comprender que la selección debe detener en cuenta tanto el coste de los materialescomo el de su instalación.


5.3 El montaje de la instalación

5.4 Ejemplos prácticos

CPCP

M

Fig. 21: En los armarios eléctricos, muy a menudo, el mallado de los circuitos y de las redes de masa y detierra se confunden.

El montaje de los diferentes elementos, tantode una instalación eléctrica como de un equipoelectrónico, obedece a los principios yaenunciados en los apartados precedentes. Enla práctica, para satisfacer los objetivos de laCEM, habrá que estudiar y reducir todos estostipos de acoplamiento que pueden coexistirsimultáneamente.

Y para esto se tendrán que utilizar diferentessoluciones o técnicas:

la disposición en forma de malla de loscircuitos y de las redes de masas y de tierra,

la separación eléctrica de circuitos,

un cableado bien pensado.

Disposición en forma de malla de loscircuitos y redes de masas y de tierraHoy en día, los equipos son sensibles aseñales de muy poca energía, ademáscontienen elementos electrónicos sensibles alas altas frecuencias y están conectados entresí. Los acoplamientos por impedancia comúnpueden ser, por tanto, frecuentes. Para evitarlo,es indispensable montar una red de tierra tanequipotencial como sea posible, másconcretamente, en forma de malla.

Esta solución es una de las primerasprotecciones que se ha de usar contra lasperturbaciones. Así, en la red de una fábrica,todos los cables de protección (CP) se han deunir a las estructuras metálicas existentes,como lo que prescribe la NF C 15-100(figura 21).

Del mismo modo, en un equipo, todas lasmasas y las carcasas de la aparamenta sehan de unir de la forma más corta posible con

conexiones (hilos o trenzas) de bajaimpedancia en AF, anchos y cortos, a una redde masa en forma de malla.

El cableado de un armario eléctrico es unejemplo tipo: todas las masas se han deinterconectar.

Respecto a este tema hay que señalar uncambio: el principio de masas unidas enestrella, a veces utilizada en los equiposelectrónicos analógicos sensibles al «rizado dealterna de 50 Hz», ha sido actualmenteabandonado a favor de las redes en forma demalla mucho más eficaces contra lasperturbaciones que pueden afectar a losdispositivos digitales actuales, relés deprotección y sistemas de control y mando.

La separación eléctrica de circuitosEsta técnica consiste en separar las fuentes deenergía (habitualmente de 50 ó 60 Hz). Suobjeto es evitar que un equipo sensible sufra


d

Cables de potencia Conductoresde medidacon pantalla

Cables decontrol y mando

d

d = algunos centímetros

Fig. 22: Un ejemplo de conducción de cables.

las perturbaciones conducidas generadas porotros equipos conectados a la misma fuentede alimentación. Su principio es que un equiposensible y un equipo perturbador tengan dosalimentaciones separadas por impedanciasimportantes a las frecuencias perturbadoras.

Los transformadores (y no los autotransforma-dores) son separadores eficaces,particularmente para las bajas frecuencias:transformadores MT/BT, transformadores deaislamiento y todos los transformadores deentrada a los aparatos electrónicos actúancomo limitadores de la propagación deperturbaciones por conducción.

A veces, es necesario implantar un filtroseparador para eliminar las perturbaciones AF.Además, si el equipo sensible necesita unaalimentación de emergencia en caso de faltade red, puede alimentarse con un sistema dealimentación ininterrumpida (SAI), si este SAItiene el o los transformadores de aislamientonecesarios.

Un cableado bien pensado

Además, los tres mecanismos de acoplamientodescritos anteriormente estarán dentro delímites tolerables si el trazado del cableado serealiza según las siguientes reglas:

No todos los circuitos se pueden separarlos unos de los otros por razones económicasevidentes: los cables se deben reagrupar porcategorías. El trazado de las diferentescategorías estará físicamente separado: enparticular se agruparán los cables de potenciapor un lado y los cables de bajo nivel (telefonía,control y mando…) por el otro.

Si el número de canaletas, bandejas de cableso regatas lo permiten, los cables de potencia,de intensidad que sobrepasa algunosamperios a 230 V, y los cableados de bajonivel estarán en bandejas separadas. Si no, seha de respetar una distancia mínima entre lasdos categorías, del orden de una veintena decentímetros (figura 22). Entre estos dosgrupos de cables se evitará cuidadosamentecualquier elemento común.

Los circuitos de señal o de información (debaja intensidad) tendrán, siempre que sepueda, su propio cable de retorno (0 voltios)para evitar los acoplamientos por impedanciacomún. Concretamente, la mayor parte desistemas de comunicación por bus necesitanun par de hilos estricta y exclusivamentereservado al intercambio de informaciones.

En todos los casos, la superficie global decualquier bucle, es decir, la distancia entre unconductor y su retorno, debe ser mínima. Parala transmisión de datos, el retorcido de líneaspermite disminuir la susceptibilidad de losacoplamientos de tipo diferencial. El empleo depares retorcidos es preferible al de un parparalelo simple.

Los cables de medida y de transmisión deinformaciones a bajo nivel, deben de tener, aser posible, pantalla y, salvo deseo expreso delproveedor, esta pantalla estará unida a masaen el máximo número posible de puntos.

Las canaletas que hacen de soporte de laconducción de cables deben ser, en la medidade lo posible, metálicas. Estas canaletas hande estar interconectadas entre ellas con unbuen contacto eléctrico, con tornillos, porejemplo, e interconectadas con la red de mallade masa.

Los cables más sensibles, los de medida,por ejemplo, se ponen en un ángulo lateral, demanera que se beneficien de una mayorprotección contra las radiacioneselectromagnéticas. Su pantalla, si existe, estaráconectada frecuentemente a la canaleta metálica.

Es muy aconsejable el uso de canalizacionesprefabricadas en las que los cables están yacolocados y conectados; tal es el sistemaCanalis, de la marca Télémécanique, con cablede control remoto incorporado.

Todas estas precauciones de cableado, muyeficaces en la prevención de problemas de laCEM, representan un pequeño coste adicionalen la fase de diseño de la instalación, pero lasmodificaciones en una instalación que ya existecon acoplamientos electromagnéticos muyfuertes, tienen un coste mucho mayor.


6 Normas, medios de ensayo y ensayos

6.1 Las normas

Desde hace mucho tiempo, los textos de lasnormas recogen la compatibilidadelectromagnética de los materiales.

El Comité Internacional Especial dePerturbaciones Radioeléctricas (CISPR) editólos primeros reglamentos. Estos reglamentoslimitaron sobre todo el poder emisor dediversos aparatos, principalmente paraproteger la transmisión y la recepción de lasondas de radio.

Los comités nacionales, la ComisiónElectrotécnica Internacional (CEI) dictaron lostextos normativos que cubrían el conjunto de laCEM, emisión e inmunidad, en el ámbito civil.

Los textos normativos militares sobre la CEMestán recogidos en la GAM EG 13 por lo que serefiere a Francia, y en las normas MIL-STDpara los Estados Unidos.

El gran desarrollo de la compatibilidadelectromagnética y la llegada de Europa hanmodificado el paisaje normativo civil.

Sobre este tema el Consejo de lasComunidades Europeas publicó en mayo de1 989 una Directiva Europea con la referencia89/336/CEE. En ella se trata el acercamientode las legislaciones de los Estados miembros,que se refieren a la compatibilidadelectromagnética.

En Francia, su aplicación se hizo obligatoriapor el Decreto núm. 92.587.

La Directiva Europea se preocupa nosolamente de limitar las perturbaciones en laemisión, sino también de la inmunidad oresistencia mínima a las perturbacioneselectromagnéticas. Así, esta Directiva hacereferencia a normas que definen los nivelesperturbadores máximos.

El Comité Europeo de NormalizaciónElectrotécnica (CENELEC) ha creado comitéstécnicos. Éstos han reunido las normasexistentes relacionadas con la aplicación de ladirectiva y han reeditado las que hacía falta.

Los trabajos del TC 210 se basan en lasprácticas en el terreno industrial.

Durante un tiempo, para realizar las medicionesde emisión han servido de referencia lasnormas alemanas VDE 871 y VDE 875.Actualmente se imponen los textos normativoseuropeos recientes EN 55011, EN 55022. Lanorma CEI 61000 (antiguamente CEI 1000) es laque se refiere a la CEM y tiene varios apartados:

61000-1: Aplicación - definiciones.

61000-2: Entorno - niveles de compatibilidad.

61000-3: Límite de las perturbaciones.

61000-4: Técnicas de ensayo y de medida.

61000-5: Guías de instalación y deatenuación.

61000-6: Normas genéricas.

La parte 4 tiene numerosas seccionesrelacionadas con los ensayos de inmunidad, enconcreto:

1 - generalidades,

2 - descargas electrostáticas,

3 - campos de radiofrecuencia,

4 - transitorios eléctricos rápidos, en ráfaga,

5 - ondas de choque de rayos,

6 - perturbaciones por conducción > 9 kHz,

7 - armónicos,

8 - campos magnéticos 50 kHz,

9 - campos magnéticos impulsionales,

10 - campos magnéticos oscilatoriosamortiguados,

11 - bajadas de tensión, cortes breves yvariaciones de tensión,

12 - ondas oscilatorias,

13 - armónicos e interarmónicos,

etc.

Todas estas normas corresponden a lasperturbaciones típicas del mundo de laelectrotecnia moderna. Ampliamente aceptadaspor la comunidad internacional, son éstasprecisamente las que Scheneider aplica a susproductos. En el apartado siguiente sepresentan con más detalle los ensayos quecorresponden a estos textos normativos.


6.2 Los medios de ensayos

6.3 Los ensayos

Fig. 23: Influencia de la humedad relativa del aire enla tensión de descarga electrostática en función delrevestimiento del suelo.

16151413121110

9876543210

Tensión(kV)

Humedad relativa (%)

Sintético

Lana

Antiestático

5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Como ya hemos dicho, respetar losreglamentos implica realizar las medidas y losensayos que definen las normas.

Desde hace mucho tiempo, Schneider Electric,por su propio objetivo, tiene una granpreocupación por la compatibilidadelectromagnética. Ya en 1 970 se utilizabanmedios importantes, como una caja deFaraday. El centro de ensayos Schneiderdispone de dos laboratorios CEM desde hacemuchos años. Estos laboratorios son el medioindispensable para la capitalización y difusiónde competencia. En ellos se prestan serviciosa los clientes exteriores a la empresa.

En los laboratorios se hacen ensayos en todoslos ámbitos de la CEM:

descargas electrostáticas,

inmunidad por conducción y por radiación,

emisión por conducción y por radiación.

Como toda medida, las medidas decompatibilidad electromagnética se han depoder reproducir a la vez en el tiempo y en el

espacio, es decir, que dos medidas efectuadasen dos laboratorios diferentes han de dar unmismo resultado.

En esta disciplina, se requieren medios muyimportantes, así como inversionessubstanciales y un control de la calidadriguroso. La gestión de la calidad de loslaboratorios CEM de Schneider se basa en losmanuales de Calidad y en un conjunto deprocedimientos. Estos procedimientos serefieren tanto al calibrado y a la conexión de lospatrones como a cada una de las medidas ensí misma. La lista de ensayos normativos quelos laboratorios pueden realizar está en elanexo 3.

Concretando este programa de Calidad:

el laboratorio de Grenoble está acreditadopor el Comité Francés de Acreditación(COFRAC),

el laboratorio de Nanterre está acreditado porla Asociación de Estaciones de EnsayosFranceses de Aparatos Eléctricos (ASEFA).

Descargas electrostáticas

Estos ensayos están destinados a probar lainmunidad de tarjetas, equipos y sistemas alas descargas electrostáticas.

Las descargas electrostáticas son el resultadode cargas acumuladas por una persona, porejemplo al andar por un suelo aislante.Cuando esta persona toca un materialconductor unido por impedancia a la masa, sedescarga bruscamente a través de él.Abundantes estudios han demostrado que laforma de la onda depende de lascaracterísticas de la fuente y de los circuitos dedescarga, pero también de otros parámetros,humedad relativa del aire (figura 23), velocidadde aproximación de un cuerpo cargado, eneste caso la mano del hombre, etc.

Estos estudios han dado lugar a ensayos dedescargas tipo. Se realizan con la ayuda de ungenerador («pistolet») que simula a unhombre, en unas condiciones determinadas(figura 24). Las descargas se aplican a todaslas partes accesibles del aparato que se estáprobando, en su entorno inmediato, y serepiten tantas veces como sea necesario parapoder garantizar una fiabilidad estadística.


Fig. 24: Lugar de ensayo de descargas electrostáticas definido por la norma CEI 61000-4-2.

Planos conductores

Resistencias 470 k

Plano de masa de referencia

Mesa aislante

Alimentación

Red

Aislante

Equipo a probar

«Pistolet»

Estas mediciones necesitan, pues, un bancode pruebas apropiado.

Todos estos ensayos están perfectamentedefinidos por la norma CEI 1000-4-2 con losniveles de severidad de la tabla de la figura 25.

Inmunidad por conducciónEstos ensayos permiten calificar la resistenciade un aparato a las perturbaciones conducidaspor el cableado exterior al aparato (entradas,salidas y alimentación). Como ya hemosexplicado anteriormente, estas perturbacionesson diferentes según la naturaleza y lainstalación de los cables.

Las señales electromagnéticas o transitoriasque se aplican en estos ensayos tienenvalores típicos característicos (amplitud, formade onda, frecuencia…).

Las medidas de perturbaciones hechas sobrenumerosos lugares han permitido obtenerprincipalmente tres ensayos tipo:

El primer ensayo, CEI 61000-4-4 escaracterístico de perturbaciones inducidas porlas maniobras de la aparamenta de mando.

Se refiere a transitorios eléctricos rápidos enráfaga. Estas ráfagas se repiten a unafrecuencia de 3 Hz. Cada ráfaga está formadapor un centenar de transitorios espaciados dealrededor de 100 µs. Cada transitorio tiene unfrente de subida muy abrupto, 5 ns, con unaamplitud de varios kV, variable siguiendo elgrado de severidad exigido (figuras 26 y 27).

Todos los cables pueden ser sometidos atransitorios rápidos. Este tipo deperturbaciones se acoplan, en efecto, muyfácilmente, por ejemplo por diafonía(apartado 3, «El acoplamiento»), y basta con

Fig. 25: Tensiones de descarga electrostática quedeben de ser soportados por los componentes segúnla CEI 61000-4-2.

Fig. 26: (a) Apariencia de ráfagas de impulsos y (b)transitorios rápidos que las componen.

15 ms

300 ms

u

t

a)

5 ns

100 s

u

t

b)

Niveles de Tensión de ensayo en kV

severidad ± 10%

según la Descarga Descargala norma en el aire con contacto

1 2 22 4 43 8 64 15 8


Fig. 28: Medida de inmunidad a los transitorios rápidos de una central Isis (test 61000-4-4) en una caja deFaraday. En esta foto se ven: el generador de perturbación manipulado por el operador, la maleta de maderaque contiene la pinza de acoplamiento y la central Isis (a la derecha) enchufada a la red BatiBUS.

Fig. 27: Tabla de los niveles de severidad definidos por la CEI 61000-4-4.

Niveles de severidad Tensión de ensayo aplicado (± 10%) en kV sin alteración del funcionamientosegún la norma (salida en circuito abierto)

Sobre el circuito de alimentación Sobre la línea de entrada y desalida

(de señal, datos y mando)

1 0,5 0,252 1 0,53 2 14 4 2x especial especial

El nivel x es un nivel definido contractualmente entre un fabricante y su cliente.

que un cable genere esta perturbación paraque todos los de la misma canaleta o recorridoqueden afectados.

El ensayo se hace, pues, en todos los cables:ensayo de perturbaciones en modo comúnsobre aquéllos en los que la perturbación es, apriori, inducida (en el conjunto los cables queno son de alimentación) y ensayos deperturbaciones en modo común y en mododiferencial en los cables conectados a la red.Las perturbaciones se inyectan en los cables aprobar o por acoplamiento capacitivo directo enel caso de alimentaciones, o con la ayuda deuna pinza de acoplamiento consistente en dosplacas metálicas que rodean los cablessecundarios (figura 28). El elemento probadono debe de presentar disfunciones durante untiempo determinado (1 minuto).

Este ensayo es el más significativo de lainmunidad de un equipo, puesto que lostransitorios rápidos son los más frecuentes.

El segundo ensayo que se hace escaracterístico de los efectos secundarios delrayo. Es representativo de las perturbaciones

por conducción que circulan por la red BTdespués de la caída de un rayo sobre una línea(norma CEI 61000-4-5).

Estas perturbaciones se caracterizan por unaenergía, traduciéndose también en:

ondas de tensión 1,2 µs - 50 µs , si laimpedancia que presenta el aparato testado eselevada; la amplitud puede llegar a algunos kV,véase la figura 29, para las tensiones deensayo propuestas por la norma.

ondas de corriente 8 µs - 20 µs, si laimpedancia es baja; la amplitud puede llegar avarios kA.

El frente de subida de estas perturbaciones esmil veces más largo, alrededor de unmicrosegundo, que es el de los transitoriosrápidos en ráfagas (figura 26). El acoplamientode ensayo se realiza de forma capacitiva, enmodo común y diferencial con los nivelesapropiados. Su procedimiento es parecido aldel ensayo con transitorios rápidos: el aparatono debe presentar ninguna disfunción.


El tercer ensayo que se hace siguiendo lanorma CEI 61000-4-6 se basa en lasprescripciones relativas a la inmunidad de losmateriales a las perturbaciones AF en loscables, en el margen de 150 kHz a 80 MHz(y hasta 230 MHz).

Las fuentes de perturbación son camposelectromagnéticos que pueden afectar a todala extensión de los cables conectados a estosmateriales e inducir en ellos tensiones ycorrientes.

En el transcurso del ensayo, las perturbacionesse acoplan a los cables mediante Redes deAcoplamiento-Desacoplamiento (RAD), cuyaimpedancia en modo común, igual a 150 Ω,representa la impedancia característica de lamayoría de los cables. Sin embargo, hay queresaltar que en el transcurso del ensayo, lasperturbaciones se aplican a un solo cable,mientras que en realidad el campoelectromagnético actúa sobre todos los cablesconectados. Esto constituye una diferencianotable que no debe pasarse por alto. Enefecto, esto haría el ensayo más complejo yexcesivamente laborioso el acoplar la señalesAF a todos los cables simultáneamente.

Cuando las RAD no están adaptadas, porejemplo cuando la intensidad de la corrientees demasiado elevada, se utilizan pinzas deacoplamiento.

Las perturbaciones AF, propuestas por lanorma CEI 61000-4-6 tienen valores de1, 3 ó 10 V. Se modulan en amplitud al 80% poruna onda sinusoidal de 1 kHz.

Antes del ensayo, la señal que se ha deinyectar para obtener un buen nivel deperturbación se calibra y se memoriza ydespués se aplica a los cables normalmenteconectados al equipo que se está probando.

El cuarto ensayo consiste en efectuarinterrupciones breves y/o bajadas de tensiónen los cables de alimentación de los equipos

que se están ensayando. La normaCEI 61000-4-11 es la publicación fundamentalde referencia. Estas perturbaciones sonprovocadas por defectos de la red dealimentación, de la instalación, o por laconexión brusca de cargas importantes. Estosfenómenos, de naturaleza aleatoria, secaracterizan por su desviación a partir de latensión asignada y por su duración.

Los niveles de bajada de tensión son iguales al30, 60 ó 100% (corte) de la tensión asignada.Su duración puede estar comprendida entre0,5 y 50 períodos.

El quinto ensayo se realiza según lo indicadoen la norma CEI 61000-4-12 que define dostipos de ondas:

las ondas senoidales amortiguadas(conocidas también con el nombre de «ringwaves» que aparecen de manera aislada enlos cables de baja tensión de las redespúblicas o privadas después de las maniobras,

las ondas oscilatorias amortiguadas que sepresentan en forma de ráfagas. Estas últimasse manifiestan generalmente en los centros detransformación, en las centrales, o incluso enlas grandes instalaciones industriales,normalmente después de maniobras deseccionamiento acompañadas de recebado dearco.

Las tensiones y corrientes transitorias que seproducen como consecuencia de estasmaniobras se caracterizan por una frecuencia deoscilación que depende del tiempo depropagación y de la longitud de los juegos debarras en los que aparecen estas ondas. Estafrecuencia varía entre 100 kHz y algunos MHzpara centros de transformación de alta tensiónabiertos y puede alcanzar una decena de MHz, oincluso más para centros de transformación dealta tensión blindados. A lo largo de los ensayos,las ondas se acoplan a los cables a través de lared de conexión-desconexión. Según el modo deinyección, la amplitud de las perturbacionespuede variar entre 0,25 y 4 kV. Los equipos de«superficie» están colocados en soportesaislantes; por el contrario, los equiposcolocados «en el suelo» o «bajo envolvente»,están aislados del plano de masa a unadistancia de 0,1 m.

Inmunidad a la radiaciónLos ensayos de inmunidad por radiaciónpermiten garantizar el buen funcionamiento delos aparatos cuando éstos están sometidos acampos electromagnéticos.

Puesto que estos ensayos son especialmentesensibles al entorno, son muy importantes losmedios y las precauciones que se deben detomar para hacer medidas fiables yreproducibles de inmunidad por radiación.

Niveles de severidad Tensión de ensayo desegún la norma salida con circuito

abierto(kV)

1 0,52 13 24 4x especial

El nivel x es un nivel definido contractualmenteentre un fabricante y su cliente.

Fig. 29: Niveles en función de las severidadesdefinidas por la norma CEI 61000-4-5.(Impedancia del generador = 2 Ω).


El medio ambiente ha de estar losuficientemente limpio para no ser interferidopor las ondas de cualquier tipo existentes, yaque (como ya hemos visto en el apartado «Lafuente») los campos electromagnéticos devarios V/m son frecuentes, como losgenerados por los walkie-talkie, y los camposimpulsionales de amplitud más elevadatodavía existen en el medio industrial. Estosensayos, pues, se hacen en cajas de Faradaycuyas paredes están recubiertas deabsorbentes de muy alta frecuencia. Estascajas se califican de anecoicas cuando todaslas paredes, suelo incluido, están recubiertas,y se llaman semianecoicas cuando el suelo noestá recubierto.

En estas cajas, varias antenas generanseñales según los tipos de campo, gamas defrecuencia y polarizaciones (figura 30). A estasantenas las alimenta un vobulador cuya señalpasa por un amplificador de potencia de bandaancha.

Los campos generados se calibran con laayuda de captadores isotrópicos de bandaancha: el esquema de la figura 31 presentauna disposición típica para las pruebas.

Las normas precisan los límites deperturbaciones aceptables, de esta manera, lanorma CEI 61000-4-3 establece ensayos en labanda de frecuencias 80 MHz - 2000 MHz entres niveles de severidad (1, 3 y 10 V/m), y enlas bandas 800 MHz-960 MHz y 1,4 GHz-2 GHzcon niveles de severidad 1, 3, 10 y 30 V/m. Losensayos de inmunidad a los camposmagnéticos o frecuencia de red se efectúantambién según la norma CEI 61000-4-8. Este

Fig. 30: La caja de Faraday semianecoica y algunasantenas de un laboratorio CEM de Schneider Electric.

Fig. 31: Disposición típica de test en una caja de Faraday. Las medidas se hacen en dos etapas:1.- calibrado del campo para una gama de frecuencias dadas, con la ausencia de equipo,2.- verificación de la inmunidad del equipo.

Equipoprobado(víctima)

Red

Filtro

1 kW

10 kHza

2 GHz

Amplificadorbanda ancha

GeneradorRF

Caja de Faradaysemianecoica

Antena

campo magnético está producido por lacorriente que circula por los cables o conmenos frecuencia por otros aparatos próximos,como el flujo de fuga de los transformadores.

Los niveles de ensayo de campo permanentetienen intensidades comprendidas entre 1 y100 A/m. El campo magnético se obtiene por lacirculación de una corriente en una bobina deinducción. Se aplica a los equipos de ensayosegún el método de inmersión, es decir, elequipo se sitúa en el centro de la bobina. Esteensayo no debe efectuarse para equipos quecontienen dispositivos sensibles al campo


Fig. 32: Configuración de medida de emisión por conducción. El equipo testado es considerado como ungenerador, el REIL como una carga.

Red

Filtro

Caja de Faradaysemianecoica

Aparatode

medida

Red estabilizadora deimpedancia de la línea

Equipoprobado(fuente)

magnético (pantallas de rayos catódicos,catadores de efecto hall, ...).

Por lo que afecta a la inmunidad al campoeléctrico impulsional, como el que se observaen la proximidad de los centros de alta tensión,no existen medidas normalizadas.

En este campo, los equipos Schneider sonprobados mediante procedimientos internos.

Emisión por conducción

Las medidas de emisión por conducción midenel nivel de las perturbaciones reinyectadas porel aparato probado sobre todos los cablesconectados a él. Puesto que en este test elaparato bajo prueba se considera generador, elnivel de las perturbaciones dependeestrechamente de la carga de alta frecuenciaque se conecte a los cables (figura 32).

Para efectuar medidas reproducibles y, enparticular, para evitar los problemasrelacionados con la impedancia característicade la red, las medidas de emisión porconducción se hacen con la ayuda de una RedEstabilizadora de Impedancia de Línea (REIL).Un aparato de medida, de hecho un receptorde alta frecuencia, conectado a esta REILpermite cuantificar el nivel de cada frecuencia.El nivel de perturbaciones reinyectadas nodebe exceder los límites fijados por lasnormas, límites que dependen del tipo decables y del entorno. El gráfico de la figura 33presenta un resultado obtenido en un cuadrogeneral de baja tensión y su comparación conla norma EN 55022.

Emisión por radiación

Las medidas de emisión por radiacióncuantifican el nivel de las perturbacionesemitidas por un aparato bajo la forma deondas electromagnéticas.

Como para los ensayos de inmunidad a laradiación, las medidas de emisión porradiación no deben de ser alteradas por ondasque ya existen: CB, radio, etc. Tampoco debende verse afectadas por las reflexiones de lasondas sobre obstáculos del entorno. Estas doscondiciones son antinómicas y de este hechose derivan dos métodos de medida.

El primer método consiste en situarse al airelibre, sin ningún obstáculo dentro de unperímetro determinado: el medio ambiente esentonces el que es.

El segundo método consiste en situarse en unacaja de Faraday; las reflexiones sobre lasparedes de la caja se hacen disminuirvoluntariamente con la presencia deabsorbentes de muy alta frecuencia (figura 30):el medio está perfectamente controlado.

Los laboratorios Schneider utilizan el segundométodo. Su gran ventaja es el permitir laautomatización de la medida y limitar el númerode desplazamientos de un aparato, ya que lasmedidas de emisión y de inmunidad se puedenhacer en el mismo lugar variando algunoselementos. Igual que en la emisión porconducción, los niveles de emisión porradiación deben ser inferiores a los límitesfijados por un cuaderno de cargas o una norma.

Medida del campo impulsionalLos ensayos normativos permiten medir laemisión y probar la inmunidad de los aparatoso sistemas a las principales perturbacioneselectromagnéticas que se pueden encontrar enlos medios industriales.

No obstante, las prestaciones de los equiposdesarrollados por el Grupo Schneiderconsiguen alcanzar algunas características quetodavía ni se han tenido en consideración enlos textos normativos.


Todavía no existen, por ejemplo, protocolos depruebas CEM específicos para los materialessituados en los centros de transmisión MT. Espor eso que Schneider ha llevado a cabocampañas de medida para conocer mejor lasperturbaciones típicas en el entorno de susequipos, principalmente la proximidad de laaparamenta de baja, media y muy alta tensión.

Captador : RSILSin preamplificadorReceptor : ESH3Detector : cresta de picoBanda pasante : 10 KHzPaso lineal : .0050 MHzTiempo de medida : .1000 s.Limitador de impulsoX : NFEN55022 A QC

Y : NFEN55022 A AV

0,34

20

40

60

80

100

0,73 1,1 1,5 5,4 9,2 13 30Laboratorio CEM Schneider

Ten

sión

med

ida

(dB

µV)

Frecuencia (MHz)

Fig. 33: Medidas de las emisiones radioeléctricas de un cuadro general BT de un centro de proceso de datos.

En una segunda fase, se llevan a cabo losensayos internos con medios de ensayoespecíficos. Éstos permiten probar lacompatibilidad electromagnética de los equipossin tener que hacer ensayos con valores demagnitud muy grandes. De esta manera, losensayos se pueden reproducir mejor y sonmenos costosos. Se llevan a cabo sobre todoen la fase de diseño, lo que permite optimizarlas protecciones CEM con un menor coste.


La introducción de la electrónica en un grannúmero de aplicaciones, y sobre todo en laaparamenta electrotécnica, obliga a tener encuenta un condicionante nuevo: lacompatibilidad electromagnética (CEM). Losimperativos de calidad de estos productos sonel asegurar un buen funcionamiento en unmedio perturbado y no ser ellos a su vezelementos perturbadores.

Estos dos imperativos exigen entenderperfectamente fenómenos complejos,relacionados con la fuente, los acoplamientos,y con la víctima. Obligan a respetar un ciertonúmero de reglas en el diseño, laindustrialización y en la utilización de losproductos.

7 Conclusión

El lugar y la instalación juegan igualmente unpapel importante en la CEM. De ahí lanecesidad de pensar desde los primerosestudios en la disposición topográfica de estoselementos de potencia, la distribución decables, los blindajes… Y con materiales quetengan una buena CEM, una instalación bienhecha aporta márgenes importantes decompatibilidad.

Sólo es posible cuantificar la CEM de diferenteselementos llevando a cabo medidas quenecesitan una gran competencia y materialessofisticados.

El respeto a las normas permite asegurar elbuen funcionamiento de un aparato en suentorno electromagnético.


El nivel de CEM en un equipo está en funciónde los acoplamientos entre los circuitos; estosacoplamientos están directamenterelacionados con las impedancias entre suscircuitos, particularmente en AF. Para mejorarla CEM, es conveniente por tanto conocer estasimpedancias para después reducirlas.

Existe un cierto número de fórmulasaproximadas que permiten determinar laimpedancia en AF de los principalesconductores utilizados. Estas fórmulas soncomplicadas y su precisión es baja si no seconoce con exactitud la posición de cadaelemento. Pero, ¿quién conoce la posiciónexacta de un hilo respecto a otro en un trazadode cables? De hecho la respuesta nos la da laexperiencia de estos fenómenos junto con elconocimiento de las reglas teóricaselementales de la electricidad.

Para empezar, es importante saber que laimpedancia de un conductor está en función,sobre todo, de su autoinducción, que pasa aser importante a partir de 1 kHz para un cableestándar. Así, para un cable ficticio infinito, enel aire, su valor de autoinducción lineal varía deforma logarítmica con el diámetro, por tanto,muy poco: para los cables cuya longitud nopasa del cuarto de la longitud de onda de laperturbación considerada, se puede admitir un

valor del orden de 1 µH por metro cualquieraque sea el diámetro (figura 34).

Si el cable está correctamente colocado sobreun plano conductor, este valor disminuyeconsiderablemente. Depende, pues, de ladistancia entre el cable y el plano. Se puedentener fácilmente valores de hasta 10 dB sobreel valor de la autoinducción. En más altasfrecuencias, este cable se debe considerarcomo una línea de transmisión y la magnitud aconsiderar es entonces su impedanciacaracterística (del orden de la centena deohms). Con estas consideraciones, se tienefácilmente una autoinducción común de variosmicrohenrios simplemente con algunos metrosde cable verde-amarillo, por ejemplo. Por tanto,esto representa varios ohms a 1 MHz, y variascentenas de ohms a 100 MHz.

En resumen, el plano metálico conductor es elmedio de unir eléctricamente dos puntos con lamenor impedancia posible. Y esto, sin importarsu grosor cuando éste es superior al grosor depaso (415 µm para el cobre a 10 kHz).

Así, una placa de cobre presenta unaautoinducción de 0,6 nH a 10 kHz, o sea unaimpedancia por unidad cuadrada de 37 µΩ, (laimpedancia es la misma sea cual sea lasuperficie del cuadrado considerado).

Anexo 1: Impedancia de un conductor en AF

Fig. 34: Siguiendo los diferentes casos (a, b, c y d), y para una misma longitud, las impedancias linealesestán en el orden: Z1 > Z2 > Z3 > Z4.

a: cable en el aire (L ≈ 1µH/m),b: cable situado sobre una superficie metálica,c: reja metálica con contacto en cada cruce (por ejemplo hierro soldado en hormigón),d: plano metálico

Z1Z2

Z4

a)

b)

c)

d)Z3


Los términos empleados para distinguir lasdiferentes partes de un cable cambian un pocode significado según el destino del cable(cable de conducción de energía, cabletelefónico, o de control y mando) (figura 35).

Las definiciones marcadas en cursiva son lasde la CEI.

Armadura

Tiene como función proteger mecánicamenteun cable, por eso está formada generalmentepor dos hojas de acero blando enrolladas enforma de hélice.

Para los cables destinados a la transmisión dedatos, la armadura puede tener igualmente unuso eléctrico, servir de blindaje electrostático y,más a menudo, de blindaje electromagnético.

Blindaje

Sinónimo de pantalla, material elaborado ydestinado a reducir la intensidad de laradiación que penetra en una zona.

La armadura o la pantalla de un cable, queestá destinado al transporte de energía o dedatos, puede constituir un blindaje.

Pantalla

Dispositivo utilizado para reducir lapenetración de un campo en una regióndeterminada.

Este elemento desempeña varias funciones:

crear una superficie equipotencial alrededordel aislante,

prevenir los efectos de los campos eléctricosexternos e internos,

asegurar la descarga de la corrientecapacitiva así como de corriente de defectotierra (cortocircuito homopolar),

asegurar la protección de las personas y delmaterial en caso de perforación. Por estemotivo generalmente es metálica y continua(tubo de plomo, capa o trenza de cables, ocintas puestas en forma de hélice).

Para los cables de transmisión de datos, lapantalla, llamada más corrientemente blindaje,está constituida por cintas o capas de hilos, decobre o de aluminio, enrollados para hacer unblindaje contra las influencias eléctricas ymagnéticas.

Puede ser colectivo, para el total de losconductores que componen el cable, cuandolas influencias perturbadoras son exteriores.

Puede ser individual, para un cierto número deconductores del cable para protegerlos de lasinfluencias de otros conductores.

CubiertaEnvoltura que tiene la función de asegurar elaislamiento de un cable.

Anexo 2: Las partes de un cable

Fig. 35

Cubierta (PVC)

Armadura(2 hojas de acero)

Cubierta interior(PVC)

Pantalla metalizada(aluminio)

Aislante (PVC)

Alma (hilo de cobre)

Cubierta (PVC)

Armadura(2 hojas de acero)

Relleno (papel)

Pantalla metalizada(cobre)

Cinta conductora

Relleno aislante

Aislante (PVC)

Alma (hilo de cobre)

Ejemplo de cable telefónico Ejemplo de cable de transporte de energía (MT)


Anexo 3: Ensayos hechos en los laboratorios CEMde Schneider Electric

Ensayos normativos

Los laboratorios CEM de Schneider Electricson competentes y tienen las instalacionesnecesarias para hacer ensayos de acuerdocon numerosas normas o especificacionesparticulares.

El cliente, interno o ajeno a la empresa, esasistido si lo necesita por los especialistas delos laboratorios en la investigación de lasnormas y exigencias aplicables a su equipo.

También se encarga de definir cuáles son loscriterios funcionales de aceptación, ya searespecto a las normas que rigen su producto,ya sea, por defecto, según los imperativos deuso del producto (seguridad, continuidad deservicio, confort…).

Sería un poco largo citarlos todos, más aúnteniendo en cuenta que la evolución delpaisaje normativo es muy rápida sobre todopor lo que se refiere a las normas deproductos. A continuación indicamos losprincipales estudios de referencia para hacerlos ensayos.

InmunidadCEI 61000-4-2 [= EN 61000-4-2 =

NF EN 61000-4-2 (NF C 91-004-2)].Compatibilidad electromagnética (CEM).Parte 4-2: técnicas de ensayo y medida deinmunidad a las descargas electrostáticas.

CEI 61000-4-3 [= EN 61000-4-3 =NF EN 61000-4-3 (NF C 91-004-3)].Compatibilidad electromagnética (CEM).Parte 4-3: técnicas de ensayo y medida deinmunidad a los campos electromagnéticospor radiación a las frecuencias radioeléctricas.

CEI 61000-4-4 [= EN 61000-4-4 =NF EN 61000-4-4 (NF C 91-004-4)].Compatibilidad electromagnética (CEM).Parte 4-4: técnicas de ensayo y medida deinmunidad a los transitorios eléctricos rápidosen ráfagas.

CEI 61000-4-5 [= EN 61000-4-5 =NF EN 61000-4-5 (NF C 91-004-5)].Compatibilidad electromagnética (CEM).Parte 4-5: técnicas de ensayo y medida deinmunidad a las ondas de choque.

CEI 61000-4-6 [= EN 61000-4-6 =NF EN 61000-4-6 (NF C 91-004-6)].Compatibilidad electromagnética (CEM).Parte 4-6: técnicas de ensayo y medida deinmunidad a las perturbaciones porconducción, inducidas por los camposradioeléctricos.

CEI 61000-4-8 [= EN 61000-4-8 =NF EN 61000-4-8 (NF C 91-004-8)].Compatibilidad electromagnética (CEM).Parte 4-8: técnicas de ensayo y de medida deinmunidad a un campo magnético a lafrecuencia de una red.

CEI 61000-4-11 (= EN 61000-4-11 =NF EN 61000-4-11 (NF C 91-004-11)).Compatibilidad electromagnética (CEM).Parte 4-11: técnicas de ensayo y medida deinmunidad a los cruces de tensión, cortesbreves y variaciones de tensión.

CEI 61000-4-12 (= EN 61000-4-12 =NF EN 61000-4-12 (NF C 91-004-12)).Compatibilidad electromagnética (CEM).Parte 4-12: técnicas de ensayo y medida deinmunidad a las ondas oscilatorias.

CEI 61000-6-1 (= EN 61000-6-1 =NF EN 61000-6-1 (NF C 91-006-1)).Compatibilidad electromagnética (CEM).Parte 6-1: normas genéricas - inmunidad paralos entornos industriales.


Ensayos fuera de las normas

En la medida de sus posibilidades, loslaboratorios pueden efectuar ensayos deconformidad con otras normas o textos.

EmisiónCISPR 11

[=EN 55011 = NF EN 55011 (NF C 91-011)].Límites y métodos de medida de lascaracterísticas de perturbacionesradioeléctricas de los aparatos industriales,científicos y médicos (ISM) a frecuenciaradioeléctrica.

CISPR 14[=EN 55014 = NF EN 55014 (NF C 91-014)].Límites y métodos de medida deperturbaciones radioeléctricas producidas porlos aparatos electrodomésticos o análogosque comportan motores o dispositivostérmicos, por aparatos eléctricos y por losaparatos eléctricos análogos (parte emisiónpor conducción).

CISPR 22[=EN 55022 = NF EN 55022 (NF C 91-022)].Límites y métodos de medida de lascaracterísticas de perturbacionesradioeléctricas producidas por los aparatos detratamientos de la información.

CEI 61000-6-3Compatibilidad electromagnética (CEM).Parte 6: normas genéricas.Sección 3: sobre la emisión para los entornosresidenciales, comerciales y de la industrialigera.

CEI 61000-6-4Compatibilidad electromagnética (CEM).Parte 6: normas genéricas.Sección 3: sobre la emisión para losindustriales.

EN 50081-1[=NF EN 50081-1 (NF C 91-081-1)].Compatibilidad electromagnética (CEM).Norma genérica emisión.Parte 1: residencial, comercial e industrialigera.

EN 50081-2[=NF EN 50081-2 (NF C 91-081-2)].Compatibilidad electromagnética (CEM).Norma genérica emisión.Parte 2: entorno industrial.

Normas específicas

De centros de telecomunicaciones:I 12-10, 1 993; editado por el Comité desSpécifications des Equipements (CSE) FranceTélécom.Entorno electromagnético de los equipos de loscentros.(parte immunidad a las perturbacionesradiadas y conducidas).

Militares:

GAM - EG - 13:Essais généraux en environnement desmateriels. Fascículos 62 y 63.

MIL STD 461/462: Electromagnetic emissionand susceptibility requirements for the contro ofelectromagnétic interference.


Bibliografía

Normas CEI 60364, NF C 15-100: Instalaciones

eléctricas de baja tensión

CEI 61000-2 :

Compatibilidad electromagnéticas (CEM).Parte 2: Entorno.

Sección 1: Descripción del entorno. Entornoelectromagnético para perturbacionesconducidas.

Sección 2: Niveles de compatibilidad paraperturbaciones conducidas de baja frecuenciay la transmisión de señales sobre redespúblicas de alimentación en baja tensión.

Parte 4: Técnicas de ensayo y medida.

Parte 6: Normas genéricas

NF EN 55011, CISPR 11 (ComitéInternational Spécial des PerturbationsRadioélectriques):

Aparatos industriales, científicos y médicos(ISM) a frecuencia radioeléctrica.Características de las perturbacionesradioeléctricas. Límites y métodos de medida.

NF EN 55022, CISPR 22. Límites y métodosde medida de las características de lasperturbaciones radioeléctricas producidas porlos equipos de tratamiento de la información.

Cuadernos Técnicos Schneider Electric Las perturbaciones eléctricas en BT.

Cuaderno Técnico nº 141. R. CALVAS.

Interruptores de SF6 Fluarc y protección demotores MT. Cuaderno Técnico nº 143. J.HENNEBERT y D. GIBBS

Coexistencia de corrientes fuerte ycorrientes débiles. Cuaderno Técnico nº 187.R. CALVAS et J. DELABALLE

Publicaciones diversas

Compatibilidad electromagnética - ruidos yperturbaciones radioeléctricas. P. DEGAUQUE yJ. HAMELIN. Dunod éditeur.

Compatibilidad electromagnética. M.IANOVICI y J.-J. MORF. Presses PolytechniquesRomandes.

La Compatibilidad electromagnética. A.KOUYOUMDJIAN, con R. CALVAS y J.DELABALLE. Institut Schneider Formation.Febrero 1996. Ref.: MD1CEM1F.

Los armónicos y las instalacioneseléctricas. A. KOUYOUMDJIAN. InstitutSchneider Formation. Abril 1998. Ref.:MD1HRM1F.

RGE n° 10, dedicado a la compatilidadelectromagnética. Noviembre 1986.

Cuaderno Técnico nº 149

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