EMC en Instalaciones de Potencia Sergio David Araujo C.

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1 EMC en Instalaciones de Potencia Sergio David Araujo C.

2 Clasificación de las señales y ambientes Red de alimentación en equipos e instalaciones. EMC en convertidores EMI en algunos tipos de cargas industriales y domesticas EMC en instalaciones de alta tensión EMC en grandes instalaciones Agenda

3 Clasificación de las señales y ambientes Red de alimentación en equipos e instalaciones. EMC en convertidores EMI en algunos tipos de cargas industriales y domesticas EMC en instalaciones de alta tensión EMC en grandes instalaciones A continuación…

4 Clasificación de las Señales y Ambientes ClaseCaracterísticas ITTL ó similar, de bajo V y con f de 1 a 20 MHz. IIAnalógicas, V del orden de 10mV y f hasta 1 kHz (Sensores), y digitales de f hasta 100 kHz. III Analógicas de instrumentación y regulación con V de 1 a 10 V ó 4 a 20 mV y f 10 V. (Se incluyen también señales analógicas con V del orden de 10 mV, si estas pueden ser filtradas con rechazo a partir de unos pocos Hz). IVAnalógicas de baja f con V e I del orden de 10 V y 100 mA (Tx de medida); y digitales (Relés, contactores, etc). VAsociadas a equipos de comunicaciones a larga distancia con P en torno a 1 W y 20 MHz < f < 50 MHz. Clases de señales según su susceptibilidad

5 Clasificación de las Señales y Ambientes Tipo de ambiente Características APartes de la instalación con señales de tipo digital Clase I, que generan bajos niveles de interferencia y, en cambio, son susceptibles a ser distorsionadas BPartes de la instalación con señales analógicas sensibles Clase II, tales como equipos de regulación y control CPartes de la instalación con señales Clase III, que generan bajos niveles de interferencia y con nivel medio de sensibilidad (Instrumentación) DPartes de la instalación con señales Clase IV, que generan niveles de de interferencia relativamente altos y son poco sensibles a perturbaciones externas (Relés, motores, interruptores, etc.) EPartes de la instalación que manejan señales de control remoto o comunicaciones, Clase V, que deben ser transmitidas a largar distancias Clasificación de ambientes según su nivel de perturbación

6 Clasificación de las señales y ambientes Red de alimentación en equipos e instalaciones EMC en convertidores EMI en algunos tipos de cargas industriales y domesticas EMC en instalaciones de alta tensión EMC en grandes instalaciones A continuación…

7 Principios generales de diseño de la red de alimentación Reducción de acoplamientos por impedancia común (Interferencias conducidas) a. Perturbaciones conducidas con f < 10 kHz b. Perturbaciones conducidas entre 10 kHz y 30 MHz c. Reducción de EMI conducidas por la red Reducción de EMI acopladas por la red Reducción de acoplamiento por radiación Red de alimentación en Equipos e Instalaciones

8 Prever desde la fase de diseño los problemas de compatibilidad Considerar en el diseño el origen de las interferencias simétricas y asimétricas Separar los equipos por clases de señales y prever una línea de ramificación Independiente para cada una de las zonas o ambientes Considerar para cada zona las medidas peculiares para reducir lo tres mecanismos de propagación Principios generales de diseño de la red de alimentación

9 Red de alimentación en Equipos e Instalaciones Reducción de acoplamientos por impedancia común (Interferencias conducidas) PCC: Point of Common Coupling Las impedancias de cortocircuito, diferencial y modo común en el PCC lo más bajas posible, es decir: a. Elevada potencia de corto circuito en el punto común b. Toma de tierra con baja impedancia

10 Red de alimentación en Equipos e Instalaciones Z C << Z 1R Z G << Z GR1 Z C + Z 1L << Z 2R Z G + Z 1L << Z GR2 Condiciones para minimizar el acoplamiento por impedancia común en la red

11 Red de alimentación en Equipos e Instalaciones De baja frecuencia (Armónicos y fluctuaciones de V, con f < 10 kHz) De alta frecuencia (f entre 10 kHz y 30 MHz) Cargas domesticas (P < 2 kW) Cargas industriales (P > 2 kW) Tipos de Perturbaciones Tipos de Cargas

12 Red de alimentación en Equipos e Instalaciones Modelo equivalente de la red para evaluación de la impedancia a bajas frecuencias Perturbaciones conducidas con f < 10 kHz Impedancia de corto circuito de la red

13 Red de alimentación en Equipos e Instalaciones R = U 2 / P 50 Tg = Q 50 / P 50 X p = R / (6.7 Tg - 0.74) X cc = U 2 / S cc X 1 = X cc X p / (X cc + X p ) = f / 50 Y c = Q c / U 2 Perturbaciones conducidas con f < 10 kHz Impedancia de corto circuito de la red Zcc = U 2 / Scc

14 : Orden del armónico Y c : Admitancia de los condensadores Q c : Potencia reactiva de los condensadores Z n : Impedancia equivalente de la red a la frecuencia: Red de alimentación en Equipos e Instalaciones Donde: U: Tensón nominal entre fases P 50 : Potencia activa del conjunto de cargas a 50 Hz Q 50 : Potencia reactiva del conjunto de cargas a 50 Hz X cc : Reactancia de cortocircuito, considerada igual a impedancia de cortocircuito (Z cc ) en vacío S cc : Potencia de cortocircuito Perturbaciones conducidas con f < 10 kHz Impedancia de corto circuito de la red

15 Red de alimentación en Equipos e Instalaciones Limites de perturbación en el punto de conexión a la red pública según IEC – 555 y EN – 60.555 (Aplicable a receptores domésticos) Perturbaciones conducidas con f < 10 kHz Limites de perturbación

16 Red de alimentación en Equipos e Instalaciones Limites de perturbación por armónicos en el punto de conexión a la red pública según UNIPEDE (Aplicable a las instalaciones industriales hasta 30 kV) THD % = Valor eficaz de las componentes armónicas Valor eficaz Total

17 Red de alimentación en Equipos e Instalaciones Reducción de EMI conducidas por la red Sobredimensionar la potencia de instalación para reducir la Z cc Detallar en las especificaciones del sistema : a. El trazado de cableado b. Los puntos de conexión de cada una de las clases de equipos Colocar filtros adecuados a cada una de las ramificaciones de red en puntos lo más próximos posible a las cargas Disponer para la alimentación de cargas críticas: a. Tx de aislamiento b. Estabilizadores de tensión o fuentes ininterrumpidas No confundir lo conductores de tierra de protección con las masas de alta frecuencia

18 Red de alimentación en Equipos e Instalaciones Reducción de EMI acopladas por la red Reducir la capacidad parásita entre conductores de red y partes susceptibles Proteger cada entrada de red con limitadores de sobretensiones Reducir la inductancia mutua entre conductores de red y partes susceptibles

19 Red de alimentación en Equipos e Instalaciones Reducción de acoplamientos por radiación Filtrar las tomas de red en cada uno de los recintos con señales de distinta clase Apantallar convenientemente los recintos con señales de distinta clase Evitar en el origen los frentes abruptoss de dv/dt y di/dt

20 Clasificación de las señales y ambientes Red de alimentación en equipos e instalaciones. EMC en convertidores EMI en algunos tipos de cargas industriales y domesticas EMC en instalaciones de alta tensión EMC en grandes instalaciones A continuación…

21 EMC en Convertidores Problemática de los disipadores Evitar, si es posible que los disipadores estén bajo tensión. En caso contrario, conectarlos a masa para radiofrecuencias, mediante condensadores de filtro Procurar el empleo de semiconductores encapsulados Estudiar cuidadosamente la disposición mecánica para aprovechar las capacitancias parásitas en beneficio del filtrado

22 EMC en Convertidores Problemática de los disipadores Disposición de los elementos de filtrado respecto a los disipadores de calor

23 Clasificación de las señales y ambientes Red de alimentación en equipos e instalaciones. EMC en convertidores EMI en algunos tipos de cargas industriales y domésticas EMC en instalaciones de alta tensión EMC en grandes instalaciones A continuación…

24 EMI en algunos tipos de cargas industriales y domesticas Las medidas de protección pueden resumirse en: Empleo de máquinas de cortocircuito En máquinas de DC, introducir X’s en serie Utilizar mangueras de cable con blindaje Realizar una conexión a tierra con la mínima Z posible Instalar los cables en tubos metálicos y unidos a tierra en varios puntos Maquinas eléctricas rotativas Los peligros de EMI en las máquinas proceden de: La conducción de perturbaciones de baja frecuencia a través de la red Los campos de dispersión a través de las aberturas de la carcasa Radiación de los cables

25 EMI en algunos tipos de cargas industriales y domesticas Equipos de arco Equipos domésticos Otras cargas

26 Clasificación de las señales y ambientes Red de alimentación en equipos e instalaciones. EMC en convertidores EMI en algunos tipos de cargas industriales y domésticas EMC en instalaciones de alta tensión EMC en grandes instalaciones A continuación…

27 EMC en instalaciones de alta tensión Descargas por efecto corona Descargas y perforaciones en regiones de fuerte solicitación mecánica de los aisladores Perforaciones en contactos flojos o defectuosos Reemisión por radiación de perturbaciones RF captadas por las líneas Origen y espectro de frecuencias de las perturbaciones Espectros de EMI generados por líneas de A.T. (Referidos a 0.5 MHz)

28 EMC en instalaciones de alta tensión Medidas de protección Campo de perturbación provocado por líneas de alta tensión a una distancia D o = 20 m

29 EMC en instalaciones de alta tensión Medidas de protección de líneas aéreas Protección contra descargas atmosféricas mediante descargadores Asegurar conexiones a tierra mediante descargadores Evitar cambios bruscos de dirección y cantos vivos en partes conductoras Asegurar un buen mantenimiento de aisladores y tomas de tierra Asegurar un buen contacto en los empalmes de cables Medidas de protección de parques y subestaciones Cubículos cerrados para aparatos de maniobra Tierra a base de parrilla enterrada en el parque Conexión a base de accesorios (botellas) y cables de doble pantalla

30 Clasificación de las señales y ambientes Red de alimentación en equipos e instalaciones. EMC en convertidores EMI en algunos tipos de cargas industriales y domésticas EMC en instalaciones de alta tensión EMC en grandes instalaciones A continuación…

31 EMC en grandes instalaciones Partición de la instalación en diversas ubicaciones Particiones a nivel de cubículos o armarios Distribución adecuada de alimentaciones, conductores de protección y tomas de masa para cada zona o cubículo Elección de la inmunidad necesaria de los bloques dentro de cada zona o cubículo Protecciones en cada zona o cubículo Interconexiones de señales entre zonas o cubículos de distinta clase

32 EMC en grandes instalaciones Ejemplo de partición por zonas de la instalación de una central eléctrica

33 EMC en grandes instalaciones Ejemplo de identificación de zonas y tipo de señal en una instalación industrial

34 EMC en grandes instalaciones Distribución de alimentación y tomas de masa en instalación tipo A

35 EMC en grandes instalaciones Tipo de Instalación AlimentaciónSeñalesTierraMasasPantallas A Tx exclusivo 2º sin conexión a otros equipos (Ventilación, aire acondicionado) Separación de 2 m entre líneas de señal y alimentación (solo para tramos largos) Disponer de malla de tierra local y exclusiva Los chasis (racks) han de estar lo mas próximos posible, unidos entre si por conexiones en paralelo Unidas a masa por ambos extremos y utilizar acopladores ópticos para evitar bucles B Tx General solo conexión de equipos protegidos con supresores y filtros en cada chasis Separación de 0.3 a 1 m entre líneas de señal y alimentación Los chasis se conectaran a la barra de masa de cada cubículo en paralelo, y estos conectados entre si para llevar una única conexión a tierra Conectadas en paralelo al punto de toma de tierra de cubículo Unidas a masa por un solo extremo, de ser posible del lado de entrada del cubículo

36 EMC en grandes instalaciones C Tx General solo conexión de equipos protegidos con filtros los clase III con supresores los clase IV Separación de 0.3 a 1 m entre líneas de señal y alimentación Los cubículos pueden conectarse a la toma de tierra general de protección Conectadas en paralelo al punto de toma de tierra de cubículo Señales clase III simplemente trenzadas y en caso de recorridos largos con pantallas Unidas a masa por un solo extremo, de ser posible del lado de entrada del cubículo D Sin precauciones especialesSeparación de 0.3 a 1 m entre líneas de señal clase III Los cubículos pueden conectarse a la toma de tierra general de protección Conectadas mediante barras bus a la toma de tierra del cubículo Señales clase III con doble pantalla, la exterior de seguridad unida a tierra por ambos extremos y ya interior por uno E Preverse filtros y supresores de sobretensiones a la entrada Mantenerse lo más alejadas posible de señales clase IV y alimentación Independiente en cada uno de los extremos a tierra Independientes en cada uno de los extremos y aisladas mediante acopladores ópticos o Tx’s Unidas a tierra por ambos extremos por razones de seguridad, el aislamiento evita que pueda cerrarse el circuito de modo común

37 EMC en grandes instalaciones Distribución en cubículos con señales tipo II y III Distribución de masas en cubículos de instalaciones tipo B, C, y D