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— GUÍA DE APLIC ACIÓN
Interferencias de radiofrecuencia en aplicaciones de climatización (HVAC)
3G U Í A D E A PL I C ACI Ó N2 I NTE R F E R E N CI A S D E R A D I O F R ECU E N CI A E N A PLI C ACI O N E S D E CLI M ATI Z ACI Ó N ( H VAC )
— Índice
6 Introducción
8 – 10 Perturbaciones electromagnéticas de alta frecuencia
8 Tipos de perturbaciones de alta frecuencia
8 Fuente de la perturbaciones de alta frecuencia
9 Interferencias electromagnéticas
10 Consecuencias para los usuarios finales y propietarios de inmuebles
11 –13 Normas sobre CEM
14 –15 Categorías CEM en el sector de la climatización
16 –20 Prácticas de cableado y conexión a tierra
16 Prácticas de cableado
16 Tipos de cable que deben usarse con los convertidores
19 Prácticas de conexión a tierra
21 Casosreales
22 Prácticasrecomendadas
23 –24 Anexos
— Este documento tiene el objetivo de explicar las mejores prácticas para seleccionar e instalar convertidores de frecuencia para sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado teniendo en cuenta la conformidad con las normas de compatibilidad electromagnética relativas a las perturbaciones electromagnéticas de alta frecuencia.
4 5G U Í A D E A PL I C ACI Ó NI NTE R F E R E N CI A S D E R A D I O F R ECU E N CI A E N A PLI C ACI O N E S D E CLI M ATI Z ACI Ó N ( H VAC )
BDM
CDM
CISPR
EEE
CEM
IEM
FCC
HFI
HVAC
IEC
IEEE
PDS
RFI
Módulo de convertidor básico
Módulo de convertidor completo
Comité Internacional Especial de Perturbaciones Radioeléctricas
Espacio Económico Europeo
Compatibilidad electromagnética
Interferencias electromagnéticas
Comisión Federal de Comunicaciones de EE. UU.
Interferencias de alta frecuencia
Calefacción, ventilación y aire acondicionado
Comisión Electrotécnica Internacional
Instituto de Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Sistema de accionamiento de potencia
Interferencias de radiofrecuencia
— Glosario
0
Armónicos RFI
Frecuencia (kHz)50 100 150 200
Nivel de perturbación, µV
Nivel de inmunidad
Nivel de emisión
Margen de compatibilidad
Variable independiente, p. ej. frecuencia, Hz
Límite de inmunidad
Límite de emisión
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Debemos aclarar que las normas CEM se refieren a las
perturbaciones electromagnéticas de diferentes tipos
y naturaleza. Según la Comisión Electrotécnica
Internacional, se clasifican en los siguientes grupos:
• Perturbaciones conducidas de baja frecuencia (BF):
armónicos, fluctuaciones de tensión, caídas e
interrupciones de tensión, desequilibrio de la tensión,
variaciones de la frecuencia eléctrica, tensiones
inducidas de baja frecuencia.
• Perturbaciones radiadas de baja frecuencia: campos
magnéticos continuos y transitorios, campos
eléctricos.
• Perturbaciones conducidas de alta frecuencia (AF):
tensiones o intensidades directamente acopladas
o inducidas, transitorios.
• Perturbaciones radiadas de alta frecuencia: campos
magnéticos, campos eléctricos y campos
electromagnéticos.
— Fig. 02 Bandas de frecuencia características de distintos tipos de perturbaciones electromagnéticas. —Ref. 01 IEC/EN 618003:2004 «Accionamientos eléctricos de potencia de velocidad variable. Parte 3: Requisitos CEM y métodos de ensayo específicos».—Ref. 02 Nota: En la norma IEC/EN 61800-3:2004, el límite entre la baja frecuencia y alta frecuencia es de 9 kHz según la práctica común en IEC.Esta terminología no se refiere a las bandas de radiodifusión.—Ref. 03 La radiofrecuencia es cualquiera de las frecuencias de ondas electromagnéticas comprendidas entre los 20 kHz y 300 GHz.
—02
La frecuencia es la principal característica de las
perturbaciones electromagnéticas. Las normas de
producto para los convertidores comprende la banda de
frecuencias de 0 Hz a 1 GHz. La norma de la Comisión
Electrotécnica Internacional sobre accionamientos
eléctricos de potencia IEC 61800-3:2004 Ref. 01 establece
los 9 kHz como el límite entre las perturbaciones de
alta y baja frecuencia Ref. 02. Como la norma regula las
perturbaciones electromagnéticas de alta frecuencia
en el rango de 150 kHz a 1 Ghz, es normal hacer
referencia a las interferencias de radiofrecuencia al
tener en cuenta las perturbaciones electromagnéticas
de alta frecuencia Ref. 03.
El presente documento aborda las perturbaciones
electromagnéticas de alta frecuencia que pueden generar
los convertidores en los sistemas de climatización
(HVAC). Si desea información sobre las perturbaciones
de baja frecuencia, consulte la Guía de aplicación
de armónicos de ABB, documento número
3AUA0000224344.
—01 Fig. Inmunidad y compatibilidad con emisiones.
—Introducción
—01
Un sistema de calefacción, ventilación y aire
acondicionado constituye una parte integral
de prácticamente cualquier edificio o instalación
con independencia de su función. Los sistemas
de climatización pueden ser insignificantes,
pero también muy sofisticados con gran número
de funciones añadidas al suministro y extracción
de aire. Cuanto más sofisticados son los sistemas
de un edificio, más componentes eléctricos y
electrónicos tienen y, por tanto, más atención
requieren los aspectos relacionados con la
compatibilidad electromagnética (EM).
Tal y como se establece en las directivas de
la Comisión Electrotécnica Internacional, la
compatibilidad electromagnética consiste en
la capacidad que tienen los aparatos eléctricos
o electrónicos de funcionar sin problemas
en un entorno electromagnético: el aparato
no debe perturbar ni interferir en ninguno de los
demás productos o sistemas de su zona. Los equipos
eléctricos, a su vez, deben ser inmunes o tolerantes
a niveles específicos de perturbaciones
electromagnéticas.
Se trata de un requisito legal para todos los equipos que
se ponen en servicio en el Espacio Económico Europeo.
El objetivo de las normas CEM es garantizar la fiabilidad
y seguridad de todos los tipos de sistemas en cualquier
parte donde se utilicen o estén expuestos a entornos
electromagnéticos.
Dado que los convertidores de frecuencia son fuentes
potenciales de interferencias electromagnéticas, es
normal que formen parte de la conformidad CEM. Los
términos empleados para definir la compatibilidad
electromagnética se recogen en la figura 01.
Redes inalámbricas
Equipo de control
Motor
Dispositivos de comunicación
FUENTE DE LAS IEM
Emisiones radiadas de AF
Emisiones conducidas de AF
Emisiones conducidas de AF
VÍCTIMAS DE LAS IEM
Cable del proceso
Cable de controlCable de alimentación
Emisiones radiadas de AF
Emisiones radiadas de AF
Emisiones conducidas de AF
Emisiones conducidas de AF Emisiones conducidas de AF
Cable de conexión a tierra
Cable de motor
Cable de comunicación
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El ruido electromagnético suele ser mayor en los picos
positivo y negativo de la onda sinusoidal donde la
tensión de línea alcanza el valor máximo.
Interferencias electromagnéticas
Las interferencias electromagnéticas es la interferencia
en el funcionamiento normal de un equipo que provoca
la energía electromagnética anómala al entrar en el equipo
por conducción a través de las conexiones cableadas o
por recepción de las ondas radiadas. A las IEM conducidas
también se les denomina ruido de línea de alta frecuencia
y, a las IEM radiadas, interferencias de radiofrecuencia.
Las IEM pueden tener su causa en fuentes naturales
y artificiales, como el sol, los fenómenos atmosféricos
y otros incidentes de la magnetosfera, así como
dispositivos magnéticos e inalámbricos y sistemas
de mayor envergadura como los equipos eléctricos
industriales y las líneas de transmisión eléctrica.
—Fig. 04 Mecanismos de transferencia de las perturbaciones EM.
—04
Prácticamente todos los equipos eléctricos y
electrónicos generan emisiones electromagnéticas y
también son susceptibles a ellas. Los convertidores de
frecuencia variable son fuentes potenciales de IEM y
rara vez son víctimas que puedan explicarse por altos
niveles de inmunidad que establecen las normas para
los convertidores.
Técnicamente, el proceso de las IEM se puede expresar
como la inducción de intensidades no deseadas en los
circuitos de un equipo que provocan funcionamientos
anómalos o incluso daños.
Incluso ondas electromagnéticas débiles
inintencionadas pueden provocar la pérdida de
recepción, ruido en el sonido o señales de vídeo
intermitentes al ser radiadas e interferir con las ondas
de radio utilizadas para radiodifusión o comunicación.
—Perturbaciones electromagnéticas de alta frecuencia
La carga que soportan las redes eléctricas se ha ido
incrementando en los últimos años debido al uso
generalizado de equipos eléctricos y electrónicos
de oficina principalmente (ordenadores, monitores,
impresoras, dispositivos de comunicación, etc.).
Esta tendencia también es habitual en los servicios
de edificios como ascensores, iluminación, líneas
de información y comunicación, protección contra
incendios, sistemas de seguridad, suministro de
energía y agua, fontanería y sistemas de climatización.
Concretamente, se ha producido un incremento en
el uso de convertidores de frecuencia variable en
climatización. Lo cual, a su vez, ha generado cada vez
más emisiones electromagnéticas, especialmente,
de alta frecuencia.
Los dos aspectos que más inciden en el rendimiento
CEM de los convertidores de frecuencia son el diseño
del propio convertidor y las prácticas de instalación.
Los convertidores mal diseñados o instalados pueden
generar importantes perturbaciones de alta frecuencia
capaces de afectar al funcionamiento de otros aparatos
electrónicos. Las perturbaciones de alta frecuencia son
bastante perjudiciales para los sistemas eléctricos y
pueden causar problemas a los usuarios finales y a los
propietarios de los inmuebles.
Tipos de perturbaciones de alta frecuencia
Las perturbaciones de alta frecuencia pueden
diferenciarse por los métodos de transferencia y
duración. Como ya se ha comentado, las perturbaciones
electromagnéticas de alta frecuencia pueden ser
conducidas y radiadas. Cuando más baja es la
frecuencia, más probabilidades hay de que las
perturbaciones se propaguen por el cableado,
la conexión a tierra y el armazón metálico de una
envolvente por conducción. Esto se debe a que las
dimensiones de una estructura de antena deberían
ser mayores para transferir las perturbaciones de baja
frecuencia por radiación, pero el tamaño físico de la
mayoría de dispositivos simplemente no es suficiente
para ello. La norma de la Comisión Electrotécnica
Internacional sobre accionamientos eléctricos
de potencia 61800-3:2004 Ref. 01) regula las
perturbaciones conducidas de alta frecuencia
en el rango de los 150 kHz a los 30 MHz.
El rango radiado está establecido en 30 MHz a
1 GHz Ref. 01. Si la energía eléctrica conducida por el cable
contiene frecuencias superiores a los 30 MHz, puede
radiarse e interferir en el funcionamiento de equipos
cercanos. En este caso, los cables actúan como antenas:
cuanto mayor es la longitud del cable, mayor es la antena
y mayor es el ruido de AF que se emite al entorno
circundante.
Fuente de perturbaciones de alta frecuencia
La principal fuente de perturbaciones electromagnéticas
continuas de alta frecuencia que generan los
convertidores es la rápida conmutación de los
componentes electrónicos, como los transistores.
Siempre que se enciende o apaga la corriente eléctrica
de un transistor, se emite una pequeña onda de energía
electromagnética. La energía proveniente de esta
conmutación genera ruido de alta frecuencia. Por
ejemplo, la figura 03 muestra la distorsión de alta
frecuencia de la forma de onda de la tensión que
genera un convertidor conectado a la misma
fuente de alimentación de entrada.
—Fig. 03 Distorsión de alta frecuencia en la forma de onda de tensión.—Ref. 01 IEC/EN 618003:2004 «Accionamientos eléctricos de potencia de velocidad variable. Parte 3: Requisitos CEM y métodos de ensayo específicos».
—03
Ruido de radiofrecuencia
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Directivas del Consejo de la UE
En la Comunidad Económica Europea, las Directivas
del Consejo de la UE establece las normas para varios
productos. Muchas de estas normas se derivan de otras
redactadas por la Comisión Electrotécnica Internacional.
La norma genérica europea relativa a CEM vigente es
IEC/EN 55011:2016 «Equipos industriales, científicos
y médicos. Características de las perturbaciones
radioeléctricas. Límites y métodos de medición»
(análoga a la norma internacional CISPR 11:2015). Se aplica
a equipos eléctricos industriales, científicos y médicos
que funcionan en el rango de frecuencias de 0 Hz a
400 GHz y establece los límites de las perturbaciones
electromagnéticas, los requisitos de medición y las
disposiciones especiales para las pruebas de medición
in situ. También describe las mediciones de radiación
en el rango de frecuencias de 1 GHz a 18 GHz, las
precauciones de seguridad que deben adoptarse
y la evaluación de la conformidad de los equipos.
La norma IEC/EN 55011:2016 divide todos los equipos
en dos grupos: el grupo 1 y el grupo 2.
Cada grupo se subdivide en dos clases: la clase A y la
clase B.
• El grupo 1 comprende todos los equipos contemplados
en esta norma que no se incluyen en el grupo 2.
• El grupo 2 comprende todos los equipos de
radiofrecuencia industriales, científicos y médicos
que, de manera intencionada, generan y utilizan o
solamente utilizan energía de radiofrecuencia en el
rango de 9 kHz a 400 GHz en forma de radiación
electromagnética, acoplamiento inductivo o
capacitivo, para el tratamiento de materiales,
para fines de inspección o análisis o para la
transmisión de energía electromagnética.
• La clase A comprende equipos aptos para ser
utilizados en todos los lugares excepto los asignados
a entornos residenciales y los que estén conectados
directamente a un red eléctrica de baja tensión que
suministre a edificios destinados a uso doméstico.
• La clase B comprende equipos aptos para ser
utilizados en lugares de entornos residenciales y en
establecimientos que estén conectados directamente
a un red eléctrica de baja tensión que suministre
a edificios destinados a uso doméstico.
La norma IEC/EN 55011:2016 solo debe aplicarse cuando
no exista una norma específica para un producto.
Puesto que existe una norma específica para la categoría
de productos de convertidores, IEC/EN 61800-3:2004/
A1:2011 «Accionamientos eléctricos de potencia de
velocidad variable. Parte 3: Norma de producto relativa
a CEM incluyendo métodos de ensayos específicos.»,
la norma IEC/EN 55011 nunca debería aplicarse a los
convertidores de frecuencia variable.
La norma IEC/EN 61800-3:2004/A1:2011 especifica los
requisitos de compatibilidad electromagnética para los
accionamientos eléctricos de potencia con tensiones de
entrada o salida del convertidor de 35 kV CA RMS en la
banda de frecuencias de 150 kHz a 30 MHz para la tensión
con perturbaciones en los bornes de red (puertos de
alimentación) y la banda de frecuencias de 30 MHz
a 1000 MHz para las perturbaciones de radiación
electromagnética (puerto de envolvente). En el rango
de frecuencias de 2 kHz a 150 kHz, no se especifica
ningún requisito CEM.
—Normas sobre CEM
—Fig. 05 Definición de un sistema de accionamiento eléctrico (PDS) y sus componentes.
—05
Sección de alimentación,equipos auxiliares, etc.
Sistema de accionamientode potencia
Control de módulo de convertidor básico, convertidor y protección
Control del sistemaEquipo accionado (ventilador)
Unidad de tratamiento del aire
Motor
Módulo de convertidor completo
Consecuencias para los usuarios finales
y los propietarios de inmuebles
Según el tipo de edificio, su entorno electromagnético
puede estar formado por distintos tipos de cargas y,
por tanto, por perturbaciones electromagnéticas de
distintas clases y naturaleza. Las cargas características
de los edificios residenciales y comerciales son la
iluminación, los sistemas de calefacción, ventilación
y aire acondicionado, los ascensores, los sistemas de
seguridad, las líneas de información y comunicación,
incluidas las redes inalámbricas, y los aparatos de
oficina y domésticos. Las distintas y numerosas cargas
incrementan considerablemente las perturbaciones
electromagnéticas y, en concreto, las de alta frecuencia
en el edificio. Las perturbaciones de alta frecuencia
de un sistema de suministro eléctrico y del entorno
circundante provocan el funcionamiento inadecuado
de los equipos y problemas importantes para los
usuarios finales y los propietarios de inmuebles.
Como ya se ha comentado, las perturbaciones
electromagnéticas de alta frecuencia pueden
ser conductivas y, si los convertidores de frecuencia
están mal diseñados o instalados, se propagan a la red
eléctrica a través del cable de entrada de alimentación.
Los dispositivos sensibles al ruido que comparten los
mismos embarrados con una fuente activa de IEM
pueden sufrir graves interferencias. En la práctica,
los resultados son, por ejemplo, luces y pantallas
parpadeantes, funcionamiento incorrecto o fallo de
equipos informáticos, como pérdidas de memoria
y apagones.
Si la energía eléctrica que se conduce por el cable
contiene frecuencias por encima de 30 MHz, se puede
radiar e interferir en el funcionamiento correcto de
equipos cercanos o en los datos que circulan por
el cableado de comunicaciones y provocar errores
mayores, más tráfico de red debido a las
retransmisiones de datos y sobrecarga de la red.
Los usuarios finales pueden percibir ruido en las líneas
telefónicas y sufrir desconexiones.
Por tanto, las perturbaciones electromagnéticas de alta
frecuencia pueden resultar bastante perjudiciales en
una red eléctrica y pueden tener consecuencias graves
para los propietarios de los inmuebles. Normalmente,
no resulta sencillo cuantificar estas consecuencias y no
se asocian a problemas de exceso de emisiones de AF.
Se trata de costes asociados a la reducción de la vida
útil de los equipos, mantenimiento adicional de
sistemas y pérdida de productividad.
Los propietarios de inmuebles invierten mucho en la
eficiencia energética de los edificios. Este es el motivo
por el que cada vez más se aplican convertidores de
frecuencia variable en sistemas de climatización: los
convertidores controlan los sistemas de climatización
y, por tanto, adaptan el consumo de energía a las
necesidades reales del edificio. No obstante, existe
el riesgo de que las inversiones de estos propietarios
en motores, convertidores y otros equipos eléctricos
no compensen si los convertidores no funcionan
correctamente y generan problemas importantes
en la red eléctrica y en el entorno.
Además, el funcionamiento inadecuado de los
ascensores, la iluminación, los sistemas de seguridad
(controles de seguridad, incendios, humos, gas y agua)
y de los equipos profesionales por las perturbaciones
electromagnéticas pueden poner en riesgo la seguridad
de las personas especialmente en instalaciones críticas
como los hospitales, aeropuertos o rascacielos.
Como los convertidores de frecuencia son fuentes
potenciales de emisiones electromagnéticas de alta
frecuencia, es crucial elegir un convertidor que cumpla
los límites de emisiones para un entorno CEM particular
e instalarlo según las recomendaciones del fabricante
para que toda la instalación sea conforme con CEM.
Si no se tienen en cuentan determinados aspectos de
CEM al elegir e instalar convertidores de frecuencia,
los propietarios de inmuebles y los usuarios finales
probablemente se encontrarán con los problemas
comentados antes.
12 13G U Í A D E A PL I C ACI Ó NI NTE R F E R E N CI A S D E R A D I O F R ECU E N CI A E N A PLI C ACI O N E S D E CLI M ATI Z ACI Ó N ( H VAC )
• Categoría C3: PDS de tensión nominal inferior a 1000 V,
destinados para uso en el segundo entorno y no para
el primer entorno.
• Categoría C4: PDS de tensión nominal igual o superior
a 1000 V o de intensidad nominal igual o superior a
400 A o destinados para uso en sistemas complejos
en el segundo entorno.
La información relativa a los límites de emisiones
electromagnéticas de cada categoría según la norma
IEC/EN 61800-3:2004 se recoge en las tablas 1 a 4 y en
la figura 12 (véase el anexo).
Códigos y normas estadounidenses
En Estados Unidos, no existen códigos ni normas que
contemplen la compatibilidad electromagnética de los
convertidores de frecuencia de forma específica y
completa.
La Parte 15 de las normas y reglamentos de la Comisión
Federal de Comunicaciones de Estados Unidos se
refiere a equipos sin licencia que emitan energía de
radiofrecuencia. La Parte 15 se aplica a cualquier
convertidor como «radiador incidental».
El funcionamiento de cualquier equipo previsto por
la Parte 15 está sujeto a las condiciones generales
de funcionamiento que figuran en el apartado 15.5.
Los requisitos básicos de 15.5 son que los equipos
no deben interferir en los servicios autorizados de
radiodifusión, navegación o seguridad y deben aceptar
cualquier interferencia generada por otros equipos.
En virtud de la Parte 15.13, el fabricante de un radiado
incidental «aplicará buenas prácticas de diseño para
minimizar el riesgo de interferencias perjudiciales».
Los convertidores de frecuencia controlados por
microprocesadores también están contemplados en la
Parte 15 de la FCC como dispositivos digitales. Como
equipos comerciales o industriales, los convertidores
son «dispositivos exentos... sujetos a las condiciones
generales de funcionamiento previstas en 15.5», No
obstante, la FCC recomienda encarecidamente que el
fabricante de un dispositivo exento se esfuerce por que
el dispositivo cumpla las normas técnicas específicas
de la Parte 15. La Parte 15 enumera los límites de la
tensión de radiofrecuencia que conducen los
dispositivos digitales a las líneas eléctricas de servicio
público. El rango de frecuencias que abarca es de
150 kHz a 30 MHz. La Parte 15 también enumera los
límites de la intensidad de campo de las emisiones
radiadas de los dispositivos digitales. El rango
de frecuencias que abarca es de 30 MHz o más.
A frecuencias inferiores de las radiofrecuencias que
regula la FCC, las tensiones conducidas a las líneas
eléctricas se considerarían tensiones con distorsión
armónica. Los problemas de distorsión armónica se
tratan en la norma 519 del IEEE.
Si se evalúa un convertidor como «dispositivo digital»
según la Parte 15 del FCC, no es probable que el
microprocesador del convertidor suponga un fuente
importante de IEM. La fuente potencial de IEM más
significativa en un convertidor son los circuitos de
conmutación de potencia, que no guardan ninguna
relación con el diseño del microprocesador ni con
ningún otro tipo de circuito de mando. Las IEM se
generan en un convertidor por la conmutación de los
bornes de salida hacia delante y hacia atrás entre los
lados positivo y negativo del bus de CC para generar
una forma de onda de salida de CA. Cada vez que actúan
los conmutadores de transistor de salida, salta la
tensión de los bornes, p. ej. en un convertidor de 480 V,
de 650 voltios de una polaridad a 650 voltios de la
polaridad opuesta. Este cambio de tensión casi
instantáneo tiene el potencial de generar una cantidad
importante de energía de radiofrecuencia.
Por tanto, evaluar el convertidor como «dispositivo
digital» controlado por microprocesador no aborda
correctamente la fuente más importante de las IEM.
Dado que los requisitos aplicables no son muy
específicos o restrictivos, podríamos decir que
prácticamente cualquier convertidor cumple los
requisitos de la Parte 15 de la FCC sin generar realmente
un nivel importante de filtración electromagnética.
Podría solicitarse que un convertidor cumpliese
los límites de emisiones conducidas y radiadas que
enumera la Parte 15 de la FCC para un dispositivo digital
de clase A o Clase B, pero la Parte 15 no contiene ni
especifica un procedimiento de ensayo que haya sido
diseñado para los convertidores. Sin especificar
un procedimiento de ensayo adecuado, cualquier
declaración que indique que un convertidor cumple
los límites especificados podría resultar sospechoso.
Los límites de emisiones conducidas que se enumeran en
la Parte 15 de la FCC se revisaron en 2002 para «armonizar
los requisitos nacionales con las normas internacionales
desarrolladas por la Comisión Electrotécnica
Internacional, el Comité Internacional Especial de
Perturbaciones Radioeléctricas» Ref. 01. La norma 11 del
CISPR recoge un procedimiento de ensayo adecuado
para comprobar convertidores y verificar su
conformidad con estos límites.
Los límites de emisiones radiadas especificadas en la
norma 22 del CISPR son inferiores a los recogidos en la
Parte 15. Por tanto, en 2003 se revisó la Parte 15 para
incluir el apartado 15.109(g): «Como alternativa a los
límites de emisiones radiadas indicados en los apartados
(a) y (b) de esta sección, los dispositivos digitales
pueden aparecer para cumplir con... Pub. 22 (CISPR
1997)». Ref. 02
La norma 22 del CISPR incluye los dispositivos digitales,
mientras que la norma 11 del CISPR se refiere a los equipos
industriales, científicos y médicos. La Administración
de Alimentos y Medicamentos de EE. UU. aconseja a los
fabricantes de material electromédico que apliquen la
norma 11 del CISPR.
—Ref. 01 Para más información, consulte FCC 02-157. — Ref. 02 Véase FCC DA03-3848.
En cuanto a los requisitos CEM en el rango de frecuencias
de hasta 2 kHz, en la norma específica de producto IEC/
EN 61800- 3:2004/A1:2011 se hace referencia a las
normas de familias de productos IEC/EN 61000-3-2:2014
e IEC/EN 61000-3-12:2011. Estas normas especifican los
límites de las intensidades de armónicos generadas por
equipos conectados a sistemas públicos de baja tensión
con una intensidad de entrada de hasta 75 A por fase
para frecuencias de hasta el 40º armónico (2000 Hz para
una red de 50 Hz o 2400 Hz para una red de 60 Hz). Con
equipos que consumen más de 75 A por fase, no se
especifica ningún límite en estas normas.
Cabe señalar que las normas se aplican a un
accionamiento eléctrico de potencia completo (PDS),
que incorpora un módulo completo de convertidor y un
motor. Un módulo completo de convertidor consta de un
convertidor de frecuencia variable, el cableado del motor
y la interconexión con el sistema de control (véase la
fig. 05 en la pág. 11), es decir, el sistema completo
y no solo un convertidor, como se especificaba en
normas anteriores. Cuando el equipo incluye uno
o más accionamientos eléctricos de potencia, las
normas son de aplicación para el equipo completo
y no solo para el PDS.
En Europa, la normas específica de producto
IEC/EN 61800-3:2004/A1:2011 seguida de la nueva
IEC/EN 61800-3:2017 prevalece sobre todas las normas
CEM genéricas o de familia de productos aplicables
con anterioridad.
Según la norma IEC/EN 61800-3:2004, existen
dos entornos donde se utilizan los equipos:
• Primer entorno: este entorno comprende los locales
residenciales y los establecimientos conectados
directamente sin transformadores intermedios a una
red eléctrica de baja tensión que suministra a edificios
utilizados con fines residenciales. Las viviendas, los
apartamentos, los locales comerciales o las oficinas
de un edificio residencial son ejemplos de lugares de
primer entorno. Los equipos conectados a una red
—Fig. 06 Entornos de instalación conforme a la norma EN 61800-3.
—06
pública de baja tensión, es decir, compartida por
muchos edificios y usuarios, están incluidos
en este entorno.
• Segundo entorno: este entorno comprende todos los
establecimientos excepto los que estén conectados
directamente a una red eléctrica de baja tensión
que suministra a edificios utilizados con fines
residenciales. Las zonas industriales o técnicas de
cualquier edificio que reciben alimentación de un
transformador específico son ejemplos de lugares
de segundo entorno. La diferencia fundamental con
el primer entorno radica en la naturaleza privada de
toda la red de baja tensión, incluido el transformador
de alimentación.
En cuanto a un accionamiento eléctrico de potencia
diseñado para controlar la calefacción, la ventilación
y el aire, normalmente se refiere al primer entorno y a
la aplicación residencial o comercial (véase la fig. 06).
En la mayoría de casos, los hospitales, los aeropuertos,
las salas blancas y otras instalaciones sensibles,
así como numerosas instalaciones residenciales y
comerciales con demanda de alta potencia, tienen
sus propios transformadores de alimentación de baja
tensión que, según la clasificación, los convierten en
segundos entornos. No obstante, deben cumplir los
límites de emisiones del primer entorno.
La norma IEC/EN 61800-3:2004 divide los PDS y sus
elementos integrantes en cuatro categorías según
el uso previsto:
• Categoría C1: PDS de tensión nominal inferior a 1000 V,
destinados para uso en el primer entorno.
• Categoría C2: PDS de tensión nominal inferior a 1000 V,
que no sean dispositivos enchufables o portátiles,
cuando se utilizan en el primer entorno, vayan a
ser instalados o puestos en marcha solo por un
profesional: una persona o una organización con
los conocimientos necesarios para instalar o poner
en marcha accionamientos eléctricos de potencia,
incluidos sus aspectos CEM.
Red de distribución de media tensión
Transformador común
Red pública de baja tensión
Red privada debaja tensión
Red privada debaja tensión
Primer entorno
Entorno comercial, doméstico e industrial. Se aplican las categorías C1 y C2 Entorno industrial.Se aplican las categorías C3 y C4
Propio transformadorde alimentación
Propio transformadorde alimentación
14 15G U Í A D E A PL I C ACI Ó NI NTE R F E R E N CI A S D E R A D I O F R ECU E N CI A E N A PLI C ACI O N E S D E CLI M ATI Z ACI Ó N ( H VAC )
C1 para emisiones conducidas y radiadas. Es posible
obtener la conformidad con los límites de emisiones
conducidas C1 empleando filtros e instalando
correctamente los accionamientos eléctricos de potencia.
Sin embargo, para cumplir los límites de emisiones
radiadas C1, todas las piezas del accionamiento eléctrico
de potencia deben formar una jaula de Faraday contra
las emisiones radiadas. Por esto, los fabricantes de
convertidores deben tener cuidado al reivindicar la
conformidad con C1 cuando, de hecho, solo tienen
conformidad con los límites de emisiones conducidas
de categoría C1.
En el mercado también es habitual hacer referencia a
la norma CEM EN 55011 que no exige conectar un motor
a un convertidor para la verificación de la conformidad
CEM. Esta norma no debe tenerse en cuenta para los
convertidores, ya que la norma específica de producto
IEC/EN 61800 invalida la norma genérica.
Además, es importante recordar que el rendimiento
CEM de un determinado convertidor depende de la
longitud y del tipo de cable del motor. Por tanto, un
convertidor dotado de un filtro interno o externo que
cumpla con los requisitos CEM con una determinada
longitud de cable podría no cumplirlos con longitudes
mayores. Asimismo, el uso de tipos de cable no
recomendados en la instalación puede dar lugar
al incumplimiento de la norma.
Otro aspecto importante que hay que tener presente
es que las normas de compatibilidad electromagnética
enumeradas anteriormente se aplican a accionamientos
eléctricos de potencia. Por sí mismo, un módulo de
convertidor básico o completo es solo un componente
y, como tal, no tiene valor funcional para el usuario. Para
que un convertidor funcione, necesita su motor, acoplado
mecánicamente a la carga accionada y eléctricamente (por
un cable) al convertidor. Solo entonces se convierte en
un PDS (que contiene además alimentadores, componentes
de protección y comunicación, etc.) que, evidentemente,
tiene mayores emisiones electromagnéticas que un CDM.
Por tanto, un BDM/CDM que cumpla con la categoría C1
por sí solo podría no cumplirla si pensamos en un PDS.
Los accionamientos eléctricos de potencia destinados
para uso en el primer entorno, correspondiente
principalmente a sistemas de climatización comerciales
y residenciales, entran en la categoría C1 si cumplen con
los límites de emisiones, tanto conducidas como
radiadas, de la categoría C1.
Los fabricantes de convertidores suelen indicar que sus
productos son compatibles con los requisitos C1 sin
especificar que los productos cumplen los límites de
emisiones conducidas de C1 ni considerar solo un
módulo de convertidor básico mientras aplican las
normas de los accionamientos eléctricos de potencia.
Al mismo tiempo, los requisitos de la categoría C1
no son aplicables, y son excesivos para la mayoría de los
sistemas de potencia existentes en el mercado actual,
que no sean enchufables o portátiles.
Los accionamientos eléctricos de potencia destinados
para uso en el primer entorno, que atañe principalmente
a sistemas de climatización comerciales y residenciales,
entran en la categoría C2 si cumplen con los límites de
emisiones, tanto conducidas como radiadas, de la
categoría C2 y no son dispositivos enchufables o portátiles.
De hecho, significa que la norma IEC/EN 61800-3:2004
no exige que exista conformidad de los PDS del mercado
actual con los niveles de emisiones C1, por lo que la
conformidad con C2 de convertidores instalados en el
primer entorno es más que suficiente, a menos que se
indique otra cosa en los requisitos específicos de un
proyecto.
Los niveles de emisiones C2 se establecieron para evitar
las interferencias con otros equipos del primer entorno.
Por tanto, suministrar equipos que cumplan los niveles
de emisiones C1 es excesivo y no aporta gran valor a los
clientes en la mayoría de casos.
La mayoría de los convertidores actuales para
climatización cumplen los requisitos C2 de los niveles
de emisiones electromagnéticas mediante el uso de
filtros estándar internos o externos.
Los accionamientos eléctricos de potencia destinados
para uso en el segundo entorno, correspondiente
normalmente a instalaciones industriales con
transformadores de alimentación propios in situ,
entran en la categoría C3.
La mayoría de convertidores de climatización que se
fabrican actualmente cumplen los requisitos de niveles
de emisiones electromagnéticas de categoría C2.
No obstante, para convertidores de climatización
instalados en el segundo entorno, es suficiente que
cumplan solo con C3.
Los accionamientos eléctricos de potencia destinados
para uso en el segundo entorno y que pertenecen a la
categoría C4 no tienen ninguna relevancia práctica para
el sector de la climatización y, por tanto, no vamos a
seguir examinándolos.
Por lo general, los fabricantes de convertidores solicitan
que solo electricistas cualificados instalen el convertidor,
ya que las prácticas de instalación influyen de manera
importante en el resultado final de la conformidad con
los requisitos CEM de los accionamientos eléctricos de
potencia.
A los fabricantes de convertidores de frecuencia variable
para el sector de la climatización les resulta complicado
e innecesario reivindicar la conformidad con la categoría
—Categorías CEM en el sector de la climatización
16 17G U Í A D E A PL I C ACI Ó NI NTE R F E R E N CI A S D E R A D I O F R ECU E N CI A E N A PLI C ACI O N E S D E CLI M ATI Z ACI Ó N ( H VAC )
— Fig. 08 Instalaciónde distintos tipos de cable en bandejas de cableado.
— Tabla1.Generalidadessobrelostiposdecable
Tipos de cable recomendados
PECable simétrico blindado con conductores trifásicos y conductor PE concéntrico de cobre o aluminio como blindaje. El blindaje del cable debe cumplir con los requisitos de la norma IEC 61 439-1.
PECable simétrico blindado con conductores trifásicos y conductor PE concéntrico de acero o hierro galvanizado como blindaje. Se precisa un conductor PE aparte si el blindaje del cable no cumple los requisitos de IEC 61 439-1.
PE PECable simétrico blindado con conductores trifásicos, 1 o 3 conductores PE construidos simétricamente y blindaje. El conductor PE debe cumplir con los requisitos de la norma IEC 61 439-1.
Tipos de cable de uso limitado
PE
Se permite un sistema de 4 conductores (conductores trifásicos y conductor de protección en una bandeja para cables) para el cableado de entrada únicamente y no se permite para el cableado del motor. No permitido para uso en redes de TI (sin conexión a tierra).
PVC
PE
Se permite un sistema de 4 conductores (conductores trifásicos y conductor PE en un conducto de PE) para el cableado de entrada con conductor de fase de sección nominal inferior a 10 mm2 (8 AWG) o motores < 30 kW (40 CV). No permitido en EE. UU.
EMT
PE
Se permite cable corrugado o tubo metálico eléctrico EMT con conductores trifásicos y un conductor de protección para el cableado del motor con conductor de fase de sección nominal inferior a 10 mm2 (8 AWG) o motores < 30 kW (40 CV).
No se permiten tipos de cable
PE No se permite cable simétrico blindado con blindaje individual para cada conductor de fase con cualquier tamaño de cable para el cableado de entrada o del motor.
Control cables
Power cablesUno de los aspectos más importantes y que afecta
considerablemente al rendimiento CEM de los sistemas
son las prácticas de instalación y, concretamente, el
cableado, las conexiones y la puesta a tierra. El filtro RFI
no puede resolver por sí solo un problema de conformidad
CEM del sistema. Si no se realiza la instalación
correctamente y se ignoran las instrucciones del
fabricante, el PDS puede no ser conforme con la
directiva CEM aun teniendo un filtro RFI necesario.
Prácticas de cableado
El cumplimiento de los requisitos generales del
cableado y conexión del convertidor forma parte de la
conformidad con la directiva CEM. Estos requisitos
incluyen el direccionamiento del cable del motor alejado
de otras rutas de cables. Los cables del motor de varios
convertidores instalados unos junto a otros pueden
colocarse en paralelo solo si el cable de cada motor
está blindado individualmente. En las prácticas
estadounidenses, no se permite colocar los cables del
motor de varios convertidores en el mismo conducto.
Conviene evitar el cruce de distintos tipos de cable.
Cuando no sea posible, los distintos tipos de cable
(p. ej. cables de alimentación y de control) deben
cruzarse formando un ángulo lo más aproximado
posible a 90 grados. No se permite colocar cables
— Fig. 07 Requisitos generales para el direccionamiento de cables.
adicionales a través del convertidor debido a la posible
inducción de ruido de los cables del motor, lo que
básicamente cortocircuita los filtros RFI.
El cable del motor, el cable de entrada de alimentación
y los cables de control deben instalarse en bandejas
separadas (véase la figura 08 en la página siguiente).
El diseño y el material de las bandejas de cables
contribuyen también al rendimiento CEM de la
instalación. Por tanto, pueden utilizarse bandejas de
cables no metálicas principalmente en entornos con
bajos niveles de emisiones electromagnéticas y para
cables con bajos niveles de emisiones electromagnéticas.
En la mayoría de casos, deben emplearse bandejas de
cables metálicas. Son preferibles bandejas metálicas
de fondo y tapa macizos a las de tipo abierto para
minimizar la posibilidad de problemas de CEM.
Tipos de cable que deben usarse con los convertidores
de frecuencia
La norma de producto CEM IEC/EN 61800-3 se aplica a un
accionamiento eléctrico de potencia completo, lo que
significa que los cables también contribuyen al rendimiento
CEM del sistema. Para garantizar la conformidad con los
requisitos CEM, es preciso emplear uno de los tipos de
cable autorizados. En la tabla 1 de la página siguiente,
se muestran los tipos genéricos de cable autorizados.
—Prácticas de cableado y conexión a tierra
—07
Convertidor
Min. 300 mm (12 in)
90°
Min. 500 mm (20 in)Min. 200 mm (8 in)
Cable de control
Cable de controlCable de alimentación de entrada
Cable de motor
Cables de alimentación
Cables de control
19G U Í A D E A PL I C ACI Ó N18 I NTE R F E R E N CI A S D E R A D I O F R ECU E N CI A E N A PLI C ACI O N E S D E CLI M ATI Z ACI Ó N ( H VAC )
los cables de motor si no se utiliza un conducto metálico.
Otro aspecto importante que hay que tener en cuenta son
los tipos de cable de control. Por lo general, se recomienda
que todos los cables de control sean blindados (véase la
figura 10). Las señales analógicas y digitales deben ir
por cables blindados diferentes.
Para las señales analógicas debe utilizarse un cable
de par trenzado con doble blindaje: un par blindado
individualmente para cada señal. No se permite utilizar
un retorno común para distintas señales analógicas.
Las señales analógicas de tensión, por ejemplo de 0-10 V,
deben blindarse debido a la alta impedancia del circuito
de mando. Las señales analógicas de intensidad, por
ejemplo de 0/4-20 mA, generalmente no necesitan
blindaje dada la baja impedancia del circuito de mando.
Las señales digitales, como las órdenes enviadas a las
entradas digitales del convertidor, no precisan blindaje
en la mayoría de los casos. Los cables de comunicaciones
en serie deben blindarse dada sus altas frecuencias y
bajas tensiones. Las señales controladas por relé con
una tensión no superior a 48 V pueden circular por los
mismos cables que las señales digitales de entrada/
salida.
Por norma general, es importante tener la confirmación
del fabricante de que un cable concreto es apto para la
aplicación, ya que el material de blindaje y la estructura
del blindaje inciden en la protección contra la radiación
electromagnética.
El blindaje consiste en una capa de aislamiento
que contiene energía eléctrica y que envuelve un
cable eléctrico para impedir que emita o absorba
perturbaciones electromagnéticas. Existen distintos
tipos de blindaje de cables: metálico, en espiral y
trenzado, así como combinaciones de los mismos.
El blindaje trenzado es el más convencional de todos.
Su resistencia mecánica y flexibilidad permite mayor
versatilidad que, por ejemplo, el blindaje metálico.
No obstante, el blindaje trenzado no funciona a todas
las frecuencias electromagnéticas debido a la cobertura
limitada del trenzado sobre el cable (normalmente del
70 al 95 %): como mejor funciona es a bajas frecuencias
de hasta 15 kHz y se deteriora en torno a los 100 MHz.
El blindaje metálico reviste el cable en una fina capa de
cobre o aluminio con una camisa de poliéster que
aumenta la resistencia mecánica. Funciona junto con un
hilo de drenaje de cobre para conectar a tierra el
blindaje. El blindaje metálico proporciona una cobertura
total superior a altas frecuencias, a partir de los 10 MHz
y hasta los 20 GHz en algunos diseños, pero tiene poca
flexibilidad.
El blindaje en espiral suele estar formado por hilos de
cobre enrollados alrededor del conductor. Es más flexible
que el blindaje trenzado y la conexión a tierra es sencilla.
Aunque el blindaje en espiral obtiene una cobertura del
95 % o superior, es eficaz solo a frecuencias en un rango
de sonido inferior a los 20 kHz.
Como solución óptima, el blindaje trenzado se
complementa con blindaje metálico para proporcionar
la resistencia mecánica y la máxima eficacia de blindaje
en un espectro de frecuencias más amplio.
Si se utiliza el blindaje del cable del motor como
único conductor a tierra de protección del motor,
la conductividad del blindaje debería ser suficiente.
Para suprimir con eficacia las emisiones de
radiofrecuencia radiadas y conducidas, la conductividad
del blindaje del cable deber ser al menos 1/10 de la
conductividad del conductor de fase. Estos requisitos
pueden cumplirse fácilmente con un blindaje de cobre
o aluminio. En la figura 09, se muestran los requisitos
mínimos de blindaje del cable del motor. Consiste en
una capa concéntrica de hilos de cobre con una espira
helicoidal abierta de cinta de cobre o hilo de cobre.
Cuanto mejor y más apretado sea el blindaje, menor
será el nivel de emisiones y las intensidades de los
cojinetes.
Otros requisitos estadounidenses imponen el uso
de cable con blindaje de aluminio corrugado continuo
de tipo MC (revestimiento metálico) con conexiones a
tierra simétricas o cable de alimentación blindado para
—Fig. 09 Blindaje del cable del motor.
— Tabla2.Característicasdelossistemasdeconexiónatierra,incluidoelrendimientoCEM
Tipo de sistema de distribución Aplicación principal
Seguridad para las personas Seguridad para los bienes Rendimiento CEM
TT
Instalaciones domésticas y similares, pequeñas industrias con alimentación de baja tensión
BuenaPrecisainterruptores automáticospara corriente residual
BuenaCorriente de falta media10 -10 0 A
BuenaRiesgo de sobretensionesProblemas de equipotencialNecesita gestionar dispositivos con grandes intensidades de fuga
TN-SIndustrias y grandesinstalaciones confuente de alimentaciónde media tensión
BuenaLa continuidad del conductor PEdebe estar garantizada
MalaAlta corriente de falta similar a la corriente de falta monofásica
Muy buenaPocos problemas de equipotencialNecesita gestionar dispositivos con grandes intensidades de fugaAltas corrientes de falta (transitorios)
TN-C
Mala (nunca debe usarse)Circulación de intensidades perturbadas en partes conductivas expuestas (altas emisiones radiadas)Altas corrientes de falta (transitorios)
IT
Industrias química ypetroquímica,es decir, centrales donde la continuidad del servicioes fundamental
BuenaLa continuidad del conductor PEdebe estar garantizada
BuenaBaja intensidad para el 1er fallo (µA-2 A) y alta intensidad (valores típicos para sistemas TN o TT) para el 2º fallo
Mala (debe evitarse)Riesgo de sobretensionesFiltros de modo común deben ocuparse de las tensiones entre fasesInterruptores automáticos de corriente residual sujetos a disparo si existen condensadores de modo común
—09
1 Camisa
2 Espira helicoidal de cinta de cobre o hilo de cobre
1
2
3 Blindaje con hilo de cobre
4 Relleno
5 Conductores de cable
53 4
Prácticas de conexión a tierra
Las perturbaciones conducidas pueden propagarse
del convertidor a otros equipos a través de rutas
conductivas, como la conexión a tierra. La conexión a
tierra del sistema debe garantizar no solo la seguridad
de la vida y los bienes, sino también la conformidad con
CEM. Las normas europeas EN 50174-2:2009/A1:2011
«Tecnología de la información. Instalación del cableado.
Parte 2: Métodos y planificación de la instalación en el
interior de los edificios» y EN 50310:2016 «Redes de
enlace de telecomunicaciones para edificios y otras
estructuras» recomiendan el sistema TN-S, que
provoca los menos problemas CEM para los equipos
de TI y telecomunicaciones.
Los sistemas de conexión a tierra contribuyen a lograr
la conformidad CEM manteniendo el mismo potencial
de tierra en todo el edificio. Si un sistema de conexión
a tierra no es equipotencial, las corrientes de fuga de
alta frecuencia fluyen entre distintas partes del sistema
eléctrico del edificio por todo el suelo. Esto puede
perturbar equipos sensibles conectados al sistema.
En estos casos, resulta muy difícil determinar la causa
fundamental de las perturbaciones electromagnéticas
ya que la fuente puede hallarse en una parte totalmente
distinta del edificio.
Por ello es fundamental tener interconectados los
sistemas de conexión a tierra de los edificios para
garantizar un potencial de tierra constante en todo
el edificio. Si todo el sistema de tierra de un edificio
es equipotencial, la diferencia de potencial entre los
dispositivos es baja y desaparece un gran número
de problemas de CEM.
—10
Cable de control con blindaje
doble
Cable de control con blindaje
simple
a b
—Fig. 10 Blindaje del cable de control.
21G U Í A D E A PL I C ACI Ó N20 I NTE R F E R E N CI A S D E R A D I O F R ECU E N CI A E N A PLI C ACI O N E S D E CLI M ATI Z ACI Ó N ( H VAC )
En este capítulo, damos ejemplos reales para poner de
relieve los efectos que tiene una instalación incorrecta
sobre el rendimiento CEM del sistema.
Caso 1
Los convertidores ACH580 se instalaron en el sótano de
un bloque de apartamentos mientras que el climatizador
se colocó en el tejado, a seis pisos de altura. Al tratarse
de un reacondicionamiento, se utilizaron los cables
de los antiguos motores para los nuevos motores
y eran cables sin apantallar. Durante la instalación
de la automatización, se instalaron nuevos sensores
(p. ej. sensor de temperatura externa) en el tejado y se
tendieron sus cables de control analógicos con los cables
del motor por el mismo canal de cable. Los cables
analógicos tampoco estaban blindados.
Los convertidores funcionaban mal. Se identificó como
causa principal que los cables sin blindaje del motor
perturbaban las señales analógicas de entrada a los
convertidores. La temperatura exterior se utilizaba
para activar varias funciones del convertidor, como hacer
funcionar el motor a baja velocidad para protección
anticongelante cuando la temperatura exterior es baja
y hacer funcionar el motor a una velocidad controlada
cuando la temperatura exterior es más alta. Al no
haberse identificado otros problemas en el bloque de
apartamentos, la solución inmediata fue incorporar
filtrado en forma de tiempo de filtrado en la entrada
analógica y ferritas para filtrar el ruido de modo común
procedente del cable analógico.
La solución que ABB recomendó fue sustituir los cables
del motor y los analógicos por tipos de cable blindado y
redirigir la señal analógica a través de un canal de cable
aparte.
Caso 2
En una oficina reacondicionada recientemente, existía un
problema con las luces fluorescentes que parpadeaban
de vez en cuando. Parecía suceder principalmente
cuando los convertidores funcionaban casi a plena
velocidad y carga. La investigación reveló que la causa
principal era el nuevo cableado de los convertidores.
Los cables utilizados para los motores y para la
alimentación de entrada a los convertidores no estaban
blindados y pasaban por la misma bandeja de cables, lo
que hacía que la RFI procedente de los cables del motor
se acoplase con la red eléctrica del edificio. Además, la
sección nominal de los hilos de tierra de los
convertidores era demasiado pequeña para garantizar
una conexión a tierra correcta. La solución consistió
en sustituir los cables actuales del motor por otros
blindados y pasar un cable PE adicional para cumplir
la sección nominal mínima de conexión a tierra.
La recomendación de ABB siempre es cumplir los
requisitos de sección nominal mínima del cable de tierra
y utilizar solo los tipos de cable recomendados para la
conexión del motor. Además, los cables del motor y de
alimentación nunca deben colocarse juntos en la misma
bandeja de cables.
Caso 3
En una nave industrial, existía un problema con la
activación de la ventilación. Este problema se producía
esporádicamente cuando el convertidor recibía una
señal de referencia a muy baja velocidad del sistema
de automatización. Tras investigar el problema, se
determinó que la causa era una corriente de bucle
de tierra entre el convertidor y el sistema de
automatización que lo controlaba.
El sistema de automatización emitía al convertidor
una señal digital de marcha y una referencia analógica.
Estas señales se transmitían a través de un único cable
de control sin blindar. El ruido procedente del entorno y
las diferencias de potencial de tierra entre el controlador
de automatización y el convertidor estaban interfiriendo
en la señal analógica de referencia de velocidad e impedía
su interpretación correcta.
El problema se resolvió sustituyendo el cable de control
sin apantallar por uno nuevo blindado. Esta cable blindado
se conectó a tierra solo en el extremo del controlador.
El blindaje se dejó abierto en el extremo del convertidor
y se envolvió en cita aislante para que no hiciera
contacto con nada. Además, el cable tenía conductores
de par trenzado para la referencia analógica de
velocidad y es el común. Este tipo de conexión sirvió
de ayuda al desconectar el bucle de tierra y blindar el
cable de entrada analógica contra el ruido ambiental.
La recomendación de ABB es utilizar cables blindados
para las señales digitales y cables con blindaje doble
para las señales analógicas. También se recomienda no
combinarlas en el mismo cable. Para evitar problemas
de ruido, la referencia de tierra analógica y el común
digital de la unidad de control deben cablearse por
separado hasta el convertidor.
—Casos reales
La conexión a tierra de los equipos constituye un aspecto
importante a la hora de considerar el rendimiento CEM
de un sistema. La conexión a tierra de un convertidor
de frecuencia como fuente potencial de IEM exige una
atención especial.
Los cables del motor y de alimentación deben conectarse
a tierra a 360 grados. Los pasamuros CEM son la solución
óptima, pero también basta con utilizar sujetacables
metálicos con contacto de blindaje completo del cable
(figura 11, a). Los hilos del blindaje deben trenzarse
formando un haz (trenza) no más de cinco veces su
anchura y conectase a los bornes de tierra del convertidor
(figura 11, b). El blindaje del cable del motor también
debe conectarse a tierra en el extremo del motor.
Por norma general, las partes del cable sin apantallar
deben mantenerse lo más cortas posible.
Según las prácticas estadounidenses, las distintas partes
de los conductos de cables deben acoplarse entre sí, las
uniones se han de puentear con un conductor de tierra
conectado a cada lado de la unión. Los conductos también
deben conectarse a la envolvente del convertidor y al
bastidor del motor. Para el cableado de la alimentación
de entrada, el motor, la resistencia de frenado y el
control, deben emplearse conductos diferentes.
Cuando se utilice un conducto, no se necesita cable
con blindaje de aluminio corrugado continuo ni cable
apantallado. Siempre se necesita un cable de tierra
específico.
Para minimizar los niveles de emisiones
electromagnéticas al instalar interruptores de
seguridad, contactores, cajas de conexiones o equipos
similares en el cable del motor entre el convertidor y el
motor, el equipo debe instalarse en una caja metálica con
conexión a tierra de 360 grados para los blindajes tanto
del cable de entrada como el de salida, de lo contrario
los blindajes de los cables deben conectarse entre sí.
Según las prácticas estadounidenses, el equipo debe
instalarse en una caja metálica de modo que el conducto
o el blindaje del cable del motor quede uniforme sin
interrupciones desde el convertidor al motor.
Las bandejas de cables deben tener buenas conexiones
eléctricas entre sí y con los electrodos de conexión a
tierra. Pueden utilizarse bandejas de cables o conductos
metálicos para mejorar la ecualización de potencial local.
Los cables de control del convertidor deben terminarse
correctamente y conectarse a tierra para reducir el
ruido en la red de control. El blindaje externo del
cable de control debe conectarse a tierra a 360 grados
mediante la abrazadera de puesta a tierra
(figura 11, c). Además, los blindajes del
cable de control y los hilos de tierra deben
conectarse a un borne de tierra en el
extremo del convertidor. Los cables deben
mantenerse sin pelar y lo más cerca posible
de los bornes de la placa de control
(figura 11, d). Cualquier par de hilos de
señales debe mantenerse trenzado lo
más cerca posible de los bornes. Trenzar
el hilo con su hilo de retorno reduce
las perturbaciones que genera el
acoplamiento inductivo.
Si se deja sin conectar (sin conexión a
tierra) el blindaje de un cable de control
por ambos extremos, no se suprimen
las perturbaciones. Conectar a tierra
el blindaje de un cable de control por
un extremo suprime solo el campo
electromagnético y las perturbaciones
inductivas lo suficiente en la mayoría de
casos. Conectar a tierra el blindaje de un
cable de control por ambos extremos
mejora la supresión de perturbaciones
por encima de determinada frecuencia,
pero también crea un bucle en el que
fluye intensidad de baja frecuencia si los
extremos del blindaje del cable tienen
potenciales diferentes. Por tanto, si se
necesita una conexión a tierra de alta
frecuencia, el otro extremo del blindaje
debe ponerse a tierra mediante un
condensador. Algunos equipos
incorporan este condensador.
—Fig. 11 Prácticas de cableado y conexión a tierra de los convertidores.
c
b
c
d
a
—11
22 23G U Í A D E A PL I C ACI Ó NI NTE R F E R E N CI A S D E R A D I O F R ECU E N CI A E N A PLI C ACI O N E S D E CLI M ATI Z ACI Ó N ( H VAC )
Límites de la tensión de perturbación en los bornes de red (puertos de alimentación) en la banda de frecuencias de 150 kHz a 30 MHz y límites de perturbación de radiación electromagnética (puerto de envolvente) en la banda de frecuencias de 30 MHz a 1000 MHz para el primer y segundo entornos según IEC/EN 61800-3:2004 seguido de IEC/EN 61800-3:2017.
—Anexos
— Tabla3.Límitesdelatensióndeperturbaciónenlosbornesderedenlabandadefrecuenciasde150kHza30MHz. PSDenelprimerentorno:PDSdecategoríaC1yC2
CategoríaC1 CategoríaC2
Banda de frecuencias MHz CuasicrestadB(μV) MediadB(μV) CuasicrestadB(μV) MediadB(μV)
0,15 ≤ f < 0,5066Disminuye con registro de frecuencia hasta 56
56Disminuye con registro de frecuencia hasta 46
79 66
0,5 ≤ f ≤ 5,0 56 46 73 60
5,0 < f < 30,0 60 50 73 60
— Tabla4.Límitesdeperturbaciónderadiaciónelectromagnéticaenlabandadefrecuenciasde30MHza1000MHz. PSDenelprimerentorno:PDSdecategoríaC1yC2
CategoríaC1 CategoríaC2
Banda de frecuencias MHzComponente de intensidad de campo eléctricoCuasicrestadB(μV/m)
Componente de intensidad de campo eléctricoCuasicrestadB(μV/m)
30 ≤ f ≤ 230 30 40
230 < f < 1000 37 47
NOTA: Distancia de medición 10 m.
— Tabla5.Límitesdelatensióndeperturbaciónenlosbornesderedenlabandadefrecuenciasde150kHza30MHz. PSDenelsegundoentorno:PDSdecategoríaC3
Tamaño de PDS Banda de frecuencias MHz CuasicrestadB(μV) MediadB(μV)
I ≤ 100 A
0,15 ≤ f < 0,500,5 ≤ f < 5,05,0 ≤ f < 30,0
1008690Disminuye con registro de frecuencia hasta 70
907680Disminuye con registro de frecuencia hasta 60
100 A < I0,15 ≤ f < 0,500,5 ≤ f < 5,05,0 ≤ f < 30,0
130125115
120115105
NOTA: Estos límites no se aplican a los puertos de alimentación que operan por encima de 1000 V.
— Tabla6.Límitesdeperturbaciónderadiaciónelectromagnéticaenlabandadefrecuenciasde30MHza1000MHz. PSDenelsegundoentorno:PDSdecategoríaC3
Banda de frecuencias MHz CuasicrestadB(μV)
30 ≤ f ≤ 230230 ≤ f ≤ 1000
5060
NOTA: Distancia de medición 10 m.
En la práctica, al hacer referencia a las normas CEM de la
UE, no existe diferencia entre las categorías C1 y C2 en
aplicaciones de climatización en términos de entorno.
Los fabricantes de convertidores no deberían reivindicar
la conformidad con la categoría C1 frente a la C2 ya que,
en la mayoría de casos, los convertidores de frecuencia
cumplen los límites de emisiones conducidas C1 solo a
lo largo de distancias bastante cortas y no cumplen los
límites de emisiones radiadas C1 sin ser instalados en
una caja de Faraday.
Al mismo tiempo, los límites de emisiones C1 están
establecidos para dispositivos enchufables o portátiles
y, por tanto, son excesivos para los accionamientos
eléctricos de potencia con instalación fija. Los límites
de emisiones C2 están establecidos para accionamientos
eléctricos de potencia de acuerdo con los niveles de
inmunidad de los equipos circundantes que podrían
estar instalados en el primer entorno. Por tanto, la
—Prácticas recomendadas
conformidad de los PDS con los límites de emisiones
C2 es más que suficiente y superar los requisitos de C2
no aporta valor añadido al cliente, sino más costes de
instalación.
En determinados casos, como las instalaciones críticas,
la instalación de filtros RFI para cumplir con los límites
de emisiones conducidas C1 puede tener sentido, pero
antes de cumplir un requisito C1, debería realizarse una
evaluación de los niveles de inmunidad de los equipos
instalados en el edificio.
En la mayoría de casos, los fabricantes de convertidores
de frecuencia pueden lograr los niveles C1 de las
emisiones conducidas, mientras que los límites de
las emisiones radiadas son difíciles de cumplir. Los
convertidores ABB para aplicaciones de climatización
se comprueban para ver si cumplen los límites de
emisiones conducidas de la categoría C1 con filtros
opcionales. No obstante, al no ser el único requisito
de la categoría C1, ABB no reivindica la conformidad
con C1.
Otro aspecto importante a tener en cuenta son
las prácticas de instalación que pueden afectar
considerablemente la conformidad de los equipos
con los requisitos CEM. En la mayoría de casos, un
convertidor con un filtro RFI C2 instalado según los
requisitos del fabricante tendrá mejor rendimiento,
desde el punto de vista CEM, que un convertidor mal
instalado con un filtros C1.
Para evitar posibles problemas CEM y los efectos
adversos asociados en los equipos circundantes de
nuestros clientes, la política de ABB Drives es referir
los convertidores que cumplen parcialmente la norma
C1 a la categoría C2, lo cual, además de una conformidad
total con los niveles de emisiones C2, implica la instalación
y la puesta en servicio a través de un canal competente
y profesional.
Una de las máximas prioridades de ABB es aportar
valor añadido a nuestros clientes, no solo mejorando la
eficiencia y la eficacia de los sistemas de climatización
con los convertidores específicos para HVAC de ABB,
sino también proporcionar un entorno seguro de
construcción en términos de calidad de la energía
y robustez de la red.
—Notas
24 I NTE R F E R E N CI A S D E R A D I O F R ECU E N CI A E N A PLI C ACI O N E S D E CLI M ATI Z ACI Ó N ( H VAC )
—Notas
—
Tabla 7. Comparación de las normas EN 55011:2009 y EN 61800-3:2004
EN55011:2016 EN61800-3:2004
Lím
ite
de
emis
ión Clase B (zona residencial)
Grupo 1+2Entorno 1 (zona residencial) Categoría C1
Clase A (zona industrial) Grupo 1 (filtro interno)Entorno 1 o 2 (dependiendo de la decisión del usuario) Categoría C2
Clase A Grupo 2 (filtro externo, no aplicable a convertidores)Entorno 2 (zona industrial) Categoría C3
Categoría C4 (supera los límites de la Clase A2 1000 V o 400 A)
—12
IEC/EN61800-3:2004La norma de producto CEM para PDS
Primer entornoRed pública de baja tensión
C1 C3
I > 100 A
C2 C4
Plan CEM
Segundo entornoRed industrial
80
60
40
20
0
50
45
40
35
30
25
70
60
50
40
30
20
130
110
90
70
500,1
30 30230 230430 430630 630830 830
0,151 1,5
Rango de frecuencia, f/MHz
Rango de frecuencia, f/MHz Rango de frecuencia, f/MHz
10 15
Em
isio
nes
co
nd
uci
das
, dB
µV
Em
isio
nes
rad
iad
as, d
Bµ
V/m
Em
isio
nes
rad
iad
as, d
Bµ
V/m
Em
isio
nes
co
nd
uci
das
, dB
µV
I≤100A
Rango de frecuencia, f/MHz
——— valor de cuasicresta – – – – – valor medio
—Fig. 12 Límites de emisiones de PDS.
27G U Í A D E A PL I C ACI Ó N
—Notas
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