Principios sobre el apantallamiento

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Laboratorio de pruebas CEM
Representación de campos eléctricos y magnéticos

Campos magnéticos y eléctricos

¿Cómo se forman las interferencias de campo electromagnéticas?

Un consumidor (Z) se alimenta de una fuente de tensión (U) a través de cables. Se producen diferencias de tensión entre los conductores positivos y negativos, que crean un campo eléctrico entre los conductores. En el conductor por el que fluye la corriente se crea un campo magnético (H). Este campo magnético está sujeto a fluctuaciones temporales que se derivan de su dependencia de la corriente. El hecho de que haya muy pocas aplicaciones con corrientes que se mantengan constantes en el tiempo, hace que se generen campos magnéticos irregulares. Los campos se convierten en señales electromagnéticas, una especie de "minitransmisores" y, al mismo tiempo, en receptores. Esto hace que todos los conductores puedan influir negativamente en el funcionamiento de otros equipos eléctricos y electrónicos. Para que estas influencias no afecten a sus equipos ni instalaciones, es necesario un apantallamiento correcto de los cables y los conductores.

Interferencias galvánicas a través del ejemplo de un esquema de conexiones

Interferencias galvánicas

Interferencias galvánicas

Cuando dos circuitos eléctricos usan un tramo de cable común, se produce una interferencia galvánica. A menudo, se trata de un conductor de referencia o de retorno. Debido a las oscilaciones de corriente y tensión en el primer circuito eléctrico (p. ej. operaciones de conmutación) se influye en el segundo circuito. Pero las puestas a tierra incorrectas de cables MCR y DÜ apantallados también pueden tener influencias galvánicas.

Contramedidas:

  • Coloque el tramo de cable común con la menor impedancia posible y pobre en inductividad (uso de secciones de cable suficientemente grandes)
  • Aísle los circuitos eléctricos el máximo posible
  • Mantenga las líneas de alimentación comunes lo más cortas posible
  • Coloque los puntos de derivación lo más cerca posible de la fuente de corriente
Interferencias capacitivas a través del ejemplo de un esquema de conexiones

Interferencias capacitivas

Interferencias capacitivas

La perturbación de la interferencia capacitiva es la tensión eléctrica. Las interferencias capacitivas son provocadas por campos alternos eléctricos de un sistema, que actúan como elementos perturbadores. El ejemplo típico de una interferencia capacitiva son dos líneas dispuestas en paralelo a una distancia más larga que se comportan como dos placas de condensador opuestas y generan así un cortocircuito para las señales de alta frecuencia.

Contramedidas:

  • Evite el máximo posible un tendido paralelo o bien manténgalo lo más corto posible
  • Establezca las distancias más grandes posibles entre el elemento perturbador y el cable con interferencias (distancia mínima 60 - 100 cm)
  • Uso de cables DÜ y MCR (el apantallamiento debe ejecutarse en un lado)
  • Uso de cables trenzados por pares
Interferencias inductivas a través del ejemplo de un esquema de conexiones

Interferencias inductivas

Interferencias inductivas

La causa de una interferencia inductiva es un campo alterno magnético. Alrededor de un conductor con corriente se forma un campo magnético que también penetra en conductores adyacentes. Un cambio en la corriente también provoca una alteración del campo magnético, que genera una tensión en los conductores adyacentes.

Ejemplo: si dos cables en 100 m se hallan a una distancia de 30 cm paralelos entre sí y la corriente mediante el conductor parásito es de 100 A (50 Hz), en el conductor perturbador se induce una tensión de aprox. 0,3 mV. Con la misma disposición, pero con una modificación de corriente de 1 kA en 100 μs, se induce una tensión de aprox. 90 mV. Cuanto más rápida y más grande es la modificación de corriente, mayor es la tensión inducida.

Contramedidas:

  • La distancia entre los cables eléctricos y los cables DÜ y MCR debería ser de como mínimo 1 m
  • Las guías paralelas deberían ser lo más cortas posible
  • Mediante el uso de cables trenzados puede disminuirse la influencia inductiva aprox. en torno al factor 20
  • Uso de cables apantallados, tendidos a ambos lados (apantallamiento)

¿Cables trenzados?
El uso de cables trenzados disminuye las interferencias inductivas, ya que la dirección de inducción se invierte constantemente mediante el trenzado de los hilos frente al campo perturbador. Para evitar acoplamientos, los pares adyacentes se disponen en un cable DÜ o MCR con distintas longitudes de paso. Son típicas longitudes de paso de 30 a 50 mm. En los cables eléctricos la longitud de paso según la sección de cable es de entre 200 y 900 mm.

Interferencias por ondas mediante un gráfico

Interferencias por ondas

Interferencias por ondas

Hablamos de interferencias por ondas cuando las ondas o impulsos conducidos se propagan a los cables DÜ y MCR adyacentes. También se produce una interferencia por ondas mediante la propagación de un circuito a otro dentro de un cable. En el caso de las interferencias galvánicas, capacitivas e inductivas, el runtime de las señales eléctricas no debería despreciarse en el cable perturbador y perturbado. En casos especiales, puede suceder que la longitud de onda de la frecuencia parásita se presente en la magnitud de las longitudes de cable. Si se da este caso, aquí también deberá tenerse en cuenta el efecto.

Contramedidas:

  • Utilizar cables con pares apantallados y blindaje total (apantallamiento)
  • Evitar adaptaciones incorrectas en todo el tramo de cable
  • No guiar las señales con un nivel muy alto en el mismo cable con señales con nivel muy bajo
  • Utilizar cables con gran libertad de reflejos, poca atenuación y poca capacidad
Interferencias por radiación a través del ejemplo de un esquema de conexiones

Interferencias por radiación

Interferencias por radiación

A partir de un elemento perturbador, las ondas electromagnéticas no conductoras también pueden actuar sobre las instalaciones y los cables. El elemento perturbador es la onda libre H0, E0. En el campo cercano, según el tipo de interferencia puede predominar el campo eléctrico o magnético. Las corrientes elevadas generan principalmente un campo magnético y las tensiones elevadas generan principalmente un campo eléctrico. La energía parásita de alta frecuencia se propaga a través de cables conectados a la fuente de interferencia y que permiten una radiación directa (>30 MHz). Además, las potentes estaciones transmisoras adyacentes pueden provocar intensidades de campo elevadas en el lugar de la instalación de cables y provocar interferencias en los mismos. En las empresas industriales, las interferencias más importantes se producen al desconectar cargas inductivas. Los grandes saltos de tensión de alta frecuencia que se producen durante este proceso se denominan "bursts". Los bursts tienen espectros de frecuencia de hasta 100 MHz.

Contramedidas:

  • Utilizar pantallas para campo lejano y próximo con una gran capacidad de absorción y reflejo (cobre o aluminio). En este caso, deberían utilizarse pantallas conductivas y a ser posible completamente cerradas con una baja resistencia de acoplamiento y valores de atenuación del apantallamiento favorables. (apantallamiento)
  • En un campo próximo predominantemente magnético, sobre todo con frecuencias bajas, debería apantallarse además con metal MU o bien un metal amorfo.
Conexiones de pantalla en un conductor trazado

Conexiones de pantalla como medida de protección

Apantallamiento como medida de protección adecuada

El tipo de conexión de pantalla depende principalmente de la interferencia esperada. Para suprimir los campos eléctricos, se necesita una puesta a tierra unilateral (1) de la pantalla. Por otro lado, las interferencias provocadas por un campo alterno magnético solo se suprimen si el apantallamiento se conecta en ambos extremos. Sin embargo, si la superficie de la pantalla (2) está conectada a ambos extremos, se crea un bucle de tierra con sus conocidas desventajas. Las interferencias galvánicas a lo largo del potencial de referencia influyen particularmente en la señal de uso y empeoran el efecto de pantalla. Esto puede remediarse mediante el uso de cables triaxiales (4), en los que la pantalla interna se conecta en un extremo y la pantalla externa en ambos extremos. Para reducir las interferencias galvánicas con una pantalla de cable conectada en ambos extremos, uno de los extremos suele estar también conectado al potencial de referencia mediante un condensador (3). Esto interrumpe el bucle de tierra, al menos en las corrientes DC y de baja frecuencia.

Representación de distintos métodos de apantallamiento y su efecto

Efectividad de las medidas de apantallamiento

Efectividad del apantallamiento

Para explicar la efectividad de las medidas para la protección contra interferencias puede considerarse el siguiente ejemplo. La disposición mostrada se expone a un campo alterno magnético con 50 kHz en una longitud de 2 m. La corriente parásita medida en la salida se indica en este caso con relación a la corriente parásita con apantallamiento de conductores no conectado (1) 0 dB. Con un apantallamiento unilateral (2) no se obtiene ninguna mejora, ya que no actúa con interferencias magnéticas. Una pantalla conectada en ambos lados como en la figura 3 atenúa el campo de interferencia en aprox. 25 dB. El cable trenzado (20 sacudidas/m) muestra en la disposición (4) ya sin apantallamiento una menor tendencia a interferencias (aprox. 10 dB), lo que se logra mediante el efecto de compensación de los bucles de conductor. La pantalla conectada en un solo lado (5) no muestra de nuevo ninguna mejora. Solo la pantalla conectada en los dos lados de la disposición (6) mejora la atenuación en aprox. 30 dB.