Conceptos Básicos de Compatibilidad Electromagnética en Sistemas Eléctricos by Memorias Conferencias ACIEM

COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA

Compatibilidad Electromagnética (CEM) EMC (Electromagnetic Compatibility)

”Es la capacidad de cualquier aparato, equipo o sistema para funcionar de forma satisfactoria en su entorno electromagnético sin provocar perturbaciones electromagnéticas sobre cualquier cosa de ese entorno".

Un aparato, equipo o sistema NO debe ser fuente de interferencias que afecten a otros equipos de ese entorno (emisiones electromagnéticas).

Fuente: IEC 61000-1-1

Un aparato, equipo o sistema debe ser capaz de operar adecuadamente en ese entorno sin ser interferido por otros (inmunidad o susceptibilidad electromagnética).

Compatibilidad Electromagnética (CEM) Un equipo es electromagnéticamente compatible cuando funciona en un ambiente electromagnético de forma satisfactoria y sin producir interferencias o perturbaciones electromagnéticas que afecten la operación normal de cualquier aparato o dispositivo que se encuentra en ese ambiente.

Marca que indica que el producto cumple con los mínimos requisitos legales y técnicos en materia de seguridad de los Estados miembros de la Unión Europea

Se apoya en la Directiva 93/68/CEE.

Fuente: IEC

Fuente: Wikipedia

Compatibilidad Electromagnética (CEM) INTERFERENCIAS ELECTROMAGNÉTICAS

EMI Generadores de EMI

Caminos de Acoplamiento

La interferencia electromagnética, radiointerferencia o interferencia de radiofrecuencia es la perturbación que ocurre en cualquier circuito, componente o sistema electrónico causada por una fuente de radiación electromagnética externa o interna.

Fuente: IEC

Receptores de EMI

Compatibilidad Electromagnética (CEM)

EQUIPO 1

EQUIPO 2

Emisor:

Susceptible:

Produce tensiones, intensidades o campos electromagnéticos que potencialmente son la causa de perturbaciones a otros elementos de su entorno e, incluso, a ellos mismos.

Su funcionamiento puede verse degradado en presencia de perturbaciones electromagnéticas (que provocan otros equipos o ellos mismos).

Compatibilidad Electromagnética (CEM) Fuente Generadora De CEM

Equipo Afectado Por CEM

EQUIPO 1

EQUIPO 2 Susceptible

Emisor

Compatibilidad Electromagnética (CEM) Fuente Generadora De CEM

1.- Acople Radiado

Equipo Afectado Por CEM

EQUIPO 2

EQUIPO 1

Susceptible

Emisor

Compatibilidad Electromagnética (CEM) Fuente Generadora De CEM

2.- Acople Conducido

Equipo Afectado Por CEM

ALIMENTACIÓN Emisor

EQUIPO 2

EQUIPO 1

Susceptible

Conexión entre equipos SPT 8

Compatibilidad Electromagnética (CEM) Fuente Generadora De CEM

2.- Acople Conducido

Equipo Afectado Por CEM

ALIMENTACIÓN Emisor

EQUIPO 2

EQUIPO 1

Susceptible

Modo Común

Conexión entre equipos SPT 9

Compatibilidad Electromagnética (CEM) Fuente Generadora De CEM

2.- Acople Conducido

Equipo Afectado Por CEM

Modo Diferencial

Emisor

EQUIPO 2

EQUIPO 1

Susceptible

Modo Común

Conexión entre equipos SPT 10

Compatibilidad Electromagnética (CEM) SOLUCIÓNES RECOMENDADAS Fuente Generadora De CEM

Emisor

Blindaje

EQUIPO 1

SOLUCIÓN 1 Gestión de la Emisión

Elimina el acople Radiado !

Equipo Afectado Por CEM

EQUIPO 2

Susceptible

Modo Común

Conexión entre equipos SPT 11

Compatibilidad Electromagnética (CEM) SOLUCIÓNES RECOMENDADAS Fuente Generadora De CEM

Emisor

EQUIPO 1

Equipo Afectado Por CEM

SOLUCIÓN 2 Ges6ón de la Emisión

Elimina el acople Conducido !

Filtro

EQUIPO 2

Susceptible

§ Impedancia § Bobina § Spark gap

Conexión entre equipos SPT 12

Compatibilidad Electromagnética (CEM) SOLUCIÓNES RECOMENDADAS Fuente Generadora De CEM

SOLUCIÓN 3 Gestión de la Emisión

Equipo Afectado Por CEM

Filtro Emisor

EQUIPO 2

EQUIPO 1 § § § § §

Transformador Acondicionador Estabilizador UPS Filtro

Susceptible

Elimina el acople Conducido !

Conexión entre equipos SPT 13

Compatibilidad Electromagnética (CEM) SOLUCIÓNES RECOMENDADAS Fuente Generadora De CEM

Emisor

Equipo Afectado Por CEM

SOLUCIÓN 4

EQUIPO 2

EQUIPO 1

PROTEGE del acople Radiado !

Susceptible

Blindaje

Gestión de la Inmunidad Conexión entre equipos SPT 14

Compatibilidad Electromagnética (CEM) Fuente Generadora De CEM

Emisor

SOLUCIÓN PLENA Equipo Afectado Por CEM

EQUIPO 2

EQUIPO 1

Susceptible

Blindaje

Filtro

Gestión de la Emisión

Conexión entre equipos SPT 15

Gestión de la Inmunidad

CONCEPTOS BASICOS DE EMC

Compatibilidad Electromagnética (CEM) NIVEL DE EMISIÓN

LIMITE DE EMISIÓN

MARGEN DE EMISIÓN NIVEL DE PERTURBACIÓN

LIMITE DE INMUNIDAD

MARGEN DE INMUNIDAD NIVEL DE INMUNIDAD A UNA PERTURBACION

MARGEN DE COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA

SUSCEPTIBILIDAD ELECTROMAGNETICA (EMS)

NIVEL DE COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA

Compatibilidad Electromagnética (CEM) Limites de ruido soportados por el ser humano

Fuente: WIKIPEDIA

Compatibilidad Electromagnética (CEM) Nivel de Perturbación Destrucción del equipo

Limite de soportabilidad o suscep3bilidad Limite De Inmunidad Nivel de Compa3bilidad Electromagné3ca (EMC) Limite de Emisión

Fuente: Schneider

Nivel a par6r del cual se produce la destrucción de un material, sistema o equipo.

Nivel a par6r del cual se produce un mal funcionamiento de un material , sistema o equipo

120 db

100 db

Nivel de una perturbación soportada por un material, sistema o equipo

90 db Nivel máximo especificado de perturbación que se puede alcanzar en un entorno o ambiente dados Nivel máximo permitido para un usuario en la red publica o en un aparato

80 db 55 db

Compatibilidad Electromagnética (CEM) Nivel de Perturbación Destrucción del equipo

Margen de Inmunidad

Margen de Compatibilidad electromagnética

Nivel de Compatibilidad Electromagnética (EMC) Limite de Emisión

Destrucción

100 db

Soportable

90 db

Normalizado

Interferencia Electromagnética (EMI)

Limite de soportabilidad o suscep3bilidad Limite De Inmunidad

120 db

80 db 55 db

Op3mo

Margen de Emisión

Ideal 0

Fuente: Schneider

Compatibilidad Electromagnética (CEM) DEGRADACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UN MATERIAL, SISTEMA O EQUIPO

Ø CLASE O:

NO INFLUYE LA PERTURBACIÓN

Ø CLASE A:

EFECTOS ACEPTABLES

Ø CLASE B: ALTERACION TEMPORAL DEL FUNCIONAMIENTO Ø CLASE C: ALTERACION PERMANENTE DEL FUNCIONAMIENTO Ø CLASE D: DAÑOS IRREVERSIBLES AL EQUIPO

Fuente: IEC

Compatibilidad Electromagnética (CEM) Inmunidad / Susceptibilidad Campana de Gauss Inmunidad (Electromagnética): Aptitud de un dispositivo, equipo o sistema para funcionar sin degradación de su propia calidad en presencia de una perturbación electromagnética.

distribución de probabilidad Fuente: WIKIPEDIA

Compatibilidad Electromagnética (CEM) ALTO Nivel de Susceptibilidad del aparato, equipo o sistema

ALTO Nivel de Perturbación del aparato, equipo o sistema

Una alta susceptibilidad electromagnética indica alta sensibilidad a los campos electromagnéticos.

Nivel de Compa3bilidad

99,7 % DE PROBABILIDAD DE EMISIÓN

99,7 % DE PROBABILIDAD AFECTACIÓN

La susceptibilidad electromagnética (en inglés, electromagnetic susceptibility o EMS) es la incapacidad de un sistema para funcionar sin degradación en presencia de una perturbación electromagnética.

Compatibilidad Electromagnética (CEM) ALTO Nivel de Suscep3bilidad del aparato, equipo o sistema

BAJO Nivel de Perturbación del aparato, equipo o sistema

Nivel de Compatibilidad

99,7 % DE PROBABILIDAD EMISIÓN

99,7 % DE PROBABILIDAD AFECTACIÓN

Compatibilidad Electromagnética (CEM) BAJO Nivel de Susceptibilidad del aparato, equipo o sistema

ALTO Nivel de Perturbación del aparato, equipo o sistema

Nivel de Compa3bilidad

99,7 % DE PROBABILIDAD EMISIÓN

99,7 % DE PROBABILIDAD AFECTACIÓN

Compatibilidad Electromagnética (CEM) BAJO Nivel de Suscep3bilidad del aparato, equipo o sistema

BAJO Nivel de Perturbación del aparato, equipo o sistema

Nivel de Compa3bilidad

99,7 % DE PROBABILIDAD EMISIÓN

99,7 % DE PROBABILIDAD AFECTACIÓN

Compatibilidad Electromagnética (CEM) ALTO Nivel de Perturbación del aparato, equipo o sistema

Nivel de Compa3bilidad

ALTO Nivel de Susceptibilidad del aparato, equipo o sistema

DISTRIBUCIÓN NORMAL PERTURBACIONES Y DE INMUNIDAD

Las partes de la instalación AFECTADAS (indicadas en color rojo (5 %)) sufren problemas temporales. Para la norma EN 61000-2-4, el nivel de inmunidad es como mínimo del 10 %

Compatibilidad Electromagnética (CEM) Crítico ALTO Nivel de Perturbación del aparato, equipo o sistema

Nivel de Compa3bilidad

ALTO Nivel de Suscep3bilidad del aparato, equipo o sistema

DISTRIBUCIÓN NORMAL PERTURBACIONES Y DE INMUNIDAD

Compatibilidad Electromagnética (CEM) CLASIFICACION DE LAS PERTURBACIONES

CONDUCIDAS

NATURALES 1.- SEGÚN ORIGEN

TECNOLOGICAS

2.- SEGÚN EL MEDIO DE PROPAGACION

CONTINUAS 3.- SEGÚN LA DURACION

DISCONTINUAS

5.- SEGÚN LA CAPTACION

SIMPLE MULTIPLE

4.- SEGÚN LA FRECUENCIA

RADIADAS

BAJA FRECUENCIA ALTA FRECUENCIA

SIMETRICAS O DE MODO DIFERENCIAL ASIMETRICAS O DE MODO COMUN

Compatibilidad Electromagnética (CEM)

EMI

Emisores de perturbaciones electromagnéticas.

Fuente: Schneider Cuaderno 187

Compatibilidad Electromagnética (CEM)

EMI

Emisores de perturbaciones electromagnéticas.

Fuente: Schneider Cuaderno 187

Compatibilidad Electromagnética (CEM) RADIODIFUCION CONMUTACIONES DE RELES NAVEGACION RADAR COMUNICACION

DISTRIBUCION TRANSMISION CONVERSION GENERADORES

COMUNICACIONES

ENERGIA ELECTRICA

ELECTRONICAS

Interferencias electromagnéticas

ELECTRODOMESTICOS SISTEMAS PIEZOELECTRICOS MECANISMOS MAQUINAS DE OFICINA MAQUINAS INDUSTRIALES TRANSPORTES

HERRAMIENTAS Y MAQUINAS

MOTORES DE EXPLOSION VEHICULOS HERRAMIENTAS

SISTEMAS DE ENCENDIDO

SOLDADURA POR ARCO RADIADORES ELECTRICOS HORNOS CALENTAMIENTO POR INDUCCION ARCO CONTROLES INDUSTRIALES COMPUTADORES INSTRUMENTOS MEDICOS LAMPARAS DE ARCO

INDUSTRIALES Y DE CONSUMO

RECEPTORES DE PERTURBACIONES EMI

TECNOLOGICAS

RECEPTORES DE COMUNICACIONES RADAR NAVEGACION RADIODIFUCION RECEPTORES TV/ RADIO

TERRESTRES

SOL RUIDO GALACTICO RAYOS COSMICOS

EXTRATERRESTRES

NATURALES

TECNOLÓGICAS

GENERADORES DE PERTURBACIONES EMI

EMI

DESCARGAS ELECTROSTATICAS Y ATMOSFERICAS

1) 2) 3) 4)

ACOPLAMIENTOS Por conducción (a través de conductores) Por radiación Electromagné9ca, Induc9vo (campos Magné9cos) Capaci9vo (campos eléctricos)

NATURALES

AMPLIFICADORES FRECUENCIA INTERMEDIA VIDEO AUDIO

INDUSTRIALES Y DE CONSUMO

HOMBRES ANIMALES PLANTAS

CONTROLES INSTRUMENTOS BIOMEDICOS AUDIO / HIFI TELEFONOS SENSORES MONITORES COMPUTADORES TELECONTROL

Compatibilidad Electromagnética (CEM) MEDIOS DE ACOPLAMIENTO DE PERTURBACIONES CORRIENTE CONTINUA (DC)

EMI CORRIENTE ALTERNA (CA)

CONTROL COMUNICACIONES

TIERRAS

Fuente: Segelectrica

Compatibilidad Electromagnética (CEM) Tipos de acoplamiento Galvánico

i(t)

Inductivo

Capacitivo

EMI

i(t)

i(t) u(t)

uR(t) u2(t)

FUENTE: COLSEIN

uL(t)

er CK

Compatibilidad Electromagnética (CEM) Tipos de acoplamiento

EMI Una variación brusca de la tensión V1, entre dos conductores, produce un campo que, a pequeña distancia, puede considerarse exclusivamente eléctrico, e induce una tensión VN en otra estructura filar que sea paralela.

Una variación de corriente en un cable produce un campo que a pequeña distancia puede considerarse exclusivamente magnético e induce entonces una tensión perturbadora en los cables que forman un bucle.

Este modo de acoplamiento se llama diafonía capacitativa.

Fuente: Schneider Cuaderno 187

Este modo de acoplamiento se llama diafonía inductiva.

Compatibilidad Electromagnética (CEM) Apantallamiento Eléctrico

1) En una casa típica están apantallados aproximadamente el 90 % de los campos eléctricos que hay en el exterior. 2) Si una casa está cerca de una línea eléctrica que genera un campo de 1 kV/m, el campo eléctrico en el interior de la vivienda será como máximo de un 10 %, es decir 0,1 kV/m. 3) Si además, se uKlizan materiales a propósito para apantallar el campo aún se pueden reducir más estos valores.

Compatibilidad Electromagnética (CEM) Apantallamiento Magnético

1) En construcciones, las vigas de acero facilitan camino para atenuar los campos magnéticos, en vez de que viajen hacia todo el interior del edificio donde están las personas. (Jaula de Faraday) 2)

Si las vigas metálicas llevan las corrientes inducidas al SPT, se pueden conver8r en una fuente de campo magné8co.

Conectar al SPT (Sistema de Puesta a Tierra) las estructuras metálicas y los cableados en la construcción y en las instalaciones eléctricas de viviendas y oficinas, reduce los niveles ambientales de densidad de campo magnético, al provocar una redistribución del mismo, “modificando” su forma.

Compatibilidad Electromagnética (CEM)

EMI

Distribución espectral de las perturbaciones

Fuente: Schneider EMC practical installation guide

Compatibilidad Electromagnética (CEM)

EMI

Compatibilidad Electromagnética (CEM)

TUBOS ELÉCTRICOS

ió lu c

rom t c le

é agn

J ca NIVEL DE PERTURBACIONES

TRANSISTORES

INMUNIDAD A LAS PERTURBACIONES

CIRCUITOS INTEGRADOS Nanotecnologias

1950

1960

1970

1990

2000

2010

2020

Compatibilidad Electromagnética (CEM) Equipment Susceptibility to Sags: (Duke Power Study illustrates each device has unique tolerances)

Porcentaje de la Tensión Nominal

100 % 90 % 80 % 70 %

Caida del equipo

60 %

Cada equipo tiene una tolerancia diferente

1 ciclo – 90 % Vn

50 % 40 % 30 %

Sensor Photoelectrico

20 % 10 % 0% 1

40 50

60 180

300

Duracion (ciclos) 40

Compatibilidad Electromagnética (CEM) Equipment Susceptibility to Sags: (Duke Power Study illustrates each device has unique tolerances)

Porcentaje de la Tensión Nominal

100 % 90 % 80 % 70 % 60 %

Cada equipo Gene una tolerancia diferente

Caida del equipo

50 %

2 ciclos – 75 % Vn

40 % 30 %

Relé bipolar de doble tiro (DPDT)

20 % 10 % 0% 1

40 50

60 180

300

Duracion (ciclos) 41

Compatibilidad Electromagnética (CEM) Equipment Susceptibility to Sags: (Duke Power Study illustrates each device has unique tolerances)

Porcentaje de la Tensión Nominal

100 % 90 % 80 % 70 %

Cada equipo Gene una tolerancia diferente

60 % 50 %

Caida del equipo

40 %

9 ciclos – 70 % Vn

30 % 20 %

Fuente de Alimentación 24 Vcc

10 % 0% 1

40 50

60 180

300

Duracion (ciclos) 42

Compatibilidad Electromagnética (CEM) Equipment Susceptibility to Sags: (Duke Power Study illustrates each device has unique tolerances)

Porcentaje de la Tensión Nominal

100 % 90 % 80 % 70 %

Cada equipo tiene una tolerancia diferente

60 % 50 % 40 % Caida del equipo

30 %

37 ciclos – 47 % Vn

20 % 10 %

PLC

0% 1

40 50

60 180

300

Duracion (ciclos) 43

Compatibilidad Electromagnética (CEM) Equipment Susceptibility to Sags: (Duke Power Study illustrates each device has unique tolerances)

Porcentaje de la Tensión Nominal

100 % 90 %

Sensor Photoelectrico

80 % 70 % 60 % 50 %

Relé bipolar de doble tiro

40 %

(DPDT)

Fuente de Alimentación 24 Vcc

Cada equipo Gene una tolerancia diferente

30 % 20 % 10 %

PLC

0% 1

40 50

60 180 300

Duracion (ciclos) 44

Compatibilidad Electromagnética (CEM)

Tambien afecta a la personas, animales y plantas

Compatibilidad Electromagnética (CEM) Compatibilidad Electromagnética (CEM) Ejemplo de perturbación por radiación

Separación de los conductores de distinta naturaleza en una misma bandeja de cables.

Radiación magnética debida a la corriente de neutro o de defecto en esquema TN-C.

Fuente: Schneider Cuaderno 187

Compatibilidad Electromagnética (CEM) Ejemplo de perturbación por radiación

FUENTE: OBO BETTERMANN

Compatibilidad Electromagnética (CEM) Ejemplo de perturbación por radiación Descarga inductiva - Carga inductiva NO ES NECESARIA una descarga directa sobre las líneas de transmisión.

FUENTE : TRABTECH COLSEIN

Compatibilidad Electromagnética (CEM) Ejemplo de perturbación por radiación

Bucle formado por la red y la línea digital

La bandeja de cables, conectada a la masa de dos aparatos, minimiza el efecto de la corriente inducida con la conexión digital.

Utilización de bandejas de cables paralelas para la alimentación y para las conexiones digitales: bucles reducidos, planos reductores y efectos atenuados por la malla.

Perturbaciones de una conexión digital debidoa un bucle inductivo y su solución.

Fuente: Schneider Cuaderno 187

Compatibilidad Electromagnética (CEM) Ejemplo de perturbación por radiación

Acoplamientos inductivos debidos a la presencia de bucles (cantidad 2)

Sin caminos para acoplamientos inductivos debidos a la NO presencia de bucles

Perturbaciones de una conexión digital debido a un bucle inductivo y su solución.

Fuente: Schneider Cuaderno 187

Compatibilidad Electromagnética (CEM) Ejemplo de perturbación por Conducción La CEM de los aparatos electrónicos intercomunicados

Configuración Incorrecta

Fuente: Schneider EMC pracGcal installaGon guide

Conﬁguración Correcta

Compatibilidad Electromagnética (CEM) Ejemplo de perturbación por Conducción ⑦ Corrientes de Modo Común, causadas por corrientes de conexión entre equipos conectados a diferentes circuitos o fuentes de alimentación

PROBLEMA !!

Fuente FIPS PUB 1994

SOLUCIÓN 1

PROBLEMA !!

Fuente FIPS PUB 1994

SOLUCIÓN 1

Compatibilidad Electromagnética (CEM) Ejemplo de perturbación por Conducción

ESQUEMAS ELECTRICOS DE SUBESTACIONES PARA MEJORA DE CALIDAD DE POTENCIA Fuente FIPS PUB 1994

Compatibilidad Electromagnética (CEM)

Algunas normas de ensayo de perturbaciones

Fuente: Schneider Cuaderno 187

Preguntas

Gracias

Productividad segura, eficiente y sostenible es posible. Confiamos que la presentación contribuya para que construyamos desde ya acciones que nos comprometan con la protección, cuidado y mejora ambiental.

Ing. Jairo Flechas www.genelec.net servicios@genelec.net Cel: 315 334 0761