guÍa prÁctica de compa- tibilidad magnÉtica para...

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GUÍA PRÁCTICA DE COMPA-TIBILIDAD MAGNÉTICA PARADISEÑO E INSTALACIÓN DEMÁQUINAS-HERRAMIENTA

EMC PARAMÁQUINAS- HERRAMIENTA

G U Í A P R Á C T I C A D ECOMPATIBILIDAD MAGNÉTICAPARA DISEÑO E INSTALACIÓNDE MÁQUINAS-HERRAMIENTA


índice

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PRÓLOGO

Esta guía práctica de Compatibilidad Electromagnética(EMC) incorpora los datos obtenidos en pruebasrealizadas sobre máquina-herramienta y la experienciadel laboratorio francés CETIM en EMC durante 6 añosen términos de estado actual de la tecnología EMC. LaGuía intenta abarcar todas las máquinas-herramienta,desde las más pequeñas a las más grandes y máscomplejas. Se tratarán los siguientes puntos:

• La norma EMC aplicable para la evaluación delas máquinas-herramienta.

• La Declaración de Conformidad emitida por elfabricante (EC DoC).

• Los principios generales de diseño e instalaciónEMC en máquina-herramienta.

• Procedimientos apropiados de cableado eléctrico.

El apéndice 1 de esta guía incluye también fotografíastomadas in situ, ilustrando las buenas y malas prácticas.

Las secciones de texto que tratan cuestiones normativasse basan en la segunda edición de la Directiva EMC2004/108/EC publicada en el Diario Oficial de la UniónEuropea L 390 el 31 de Diciembre de 2004, deaplicación a partir del 20 de Julio de 2007.

Las recomendaciones prácticas incluidas en esta guíatienen en cuenta las actuales dificultades deimplantación de la EMC, así como sus aspectoseconómicos. Para respetar la mayor parte de ellas esnecesario tanto una cierta rigurosidad como muchosentido común. Sería deseable que todos los implicadosen este campo, incluyendo las oficinas de proyectosmecánicos y eléctricos y los instaladores de cables,estén familiarizados con dichas recomendaciones yque extraigan de ellas el máximo partido.

Los ensayos de EMC, parcialmente tratados en estaguía, serán analizados en una guía complementaria,que será uno de los resultados del proyecto europeode investigación TEMCA2 (véase www.temca2.org).

Finalmente pero no por ello de menor importancia, estaguía solo describe aspectos de EMC. Al mismo tiempo,es crucial recordar que las reglas de seguridad eléctricatienen prioridad, y varias veces en este documento sepide al lector que preste atención a dichas cuestiones.Los documentos de referencia que tratan de la seguridadeléctrica son la Directiva de Baja Tensión 73/23/CEEy la norma EN 60204-1, los cuales deberían serconsultados en caso de duda.


1. Introducción................................................................................... 42. Aspectos regulatorios ................................................................... 53. Aplicación de la Directiva de EMC a las máquinas-herramienta .. 6

3.1 Tres procedimientos de ensayo a elegir ............................... 73.2 Aspectos de los procedimientos de ensayo EMC ................. 93.3 Resultados de ensayos ......................................................... 12

4. Buenas prácticas de instalación ................................................... 154.1 Fenómenos generales EMC .................................................. 154.2 Puesta a masa ....................................................................... 164.3 Tipos de cables y buenas prácticas de cableado .................. 174.4 Apantallamiento y conexión a masa ...................................... 224.5 Utilización de filtros RFI ......................................................... 254.6 Instalación de controladores de velocidad ............................. 284.7 Apantallamiento de armarios eléctricos ................................. 304.8 Máquinas-herramienta de gran tamaño ................................. 314.9 Mejoras adicionales ............................................................... 33

5. Redes de distribución de energía eléctrica .................................. 37

Apéndice 1Ejemplos de sistemas de cableado encontrados enmáquinas-herramienta reales .......................................................... 39

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1 INTRODUCCIÓN

La Compatibilidad Electromagnética (EMC, en sus siglas en inglés) es definida en la Directivade EMC como "la capacidad de los equipos para funcionar de forma satisfactoria en suentorno electromagnético sin introducir perturbaciones electromagnéticas intolerables paraotros equipos situados en ese mismo entorno", y abarca dos principios básicos:

• No perturbar a los otros equipos: no emitir perturbaciones por encima de un nivel dado(a esto se le llama "emisión de perturbaciones").

• No ser perturbado por otros equipos: tener un nivel de protección suficiente para noser perturbado fácilmente (a esto se le llama "inmunidad a las perturbaciones").

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2 ASPECTOS REGULATORIOS

Desde el punto de vista regulatorio, la Directiva de nuevo enfoque 89/336/EEC, en vigordesde Enero de 1996, obliga a los fabricantes a garantizar que los productos recogidos enel ámbito de aplicación de la directiva, dispongan de un nivel suficiente de inmunidad yreduzcan sus emisiones. La segunda edición de la Directiva de EMC 2004/108/EC, publicadaen el Diario Oficial de la Unión Europea L 390 el 31 de Diciembre de 2004, y aplicable apartir del 20 de Julio de 2007, ofrece tres procedimientos de evaluación de la conformidad:dos de ellos para los llamados "aparatos" y uno para las "instalaciones fijas".

Procedimientos de evaluación para "aparatos":

1. La correcta aplicación de todas las normas armonizadas relevantes cuyas referenciashayan sido publicadas en el Diario Oficial de la Unión Europea.

2. Si no se aplican las normas armonizadas o se aplican sólo en parte: realización de una"evaluación de la compatibilidad electromagnética" del aparato, basándose en losfenómenos pertinentes, con el fin de cumplir los requisitos de protección de la directiva.

La implicación de un Organismo Notificado (anteriormente denominado Organismo Compe-tente) ya no es obligatorio, incluso si se sigue el segundo procedimiento. Sin embargo, adiscreción del fabricante o de su representante autorizado en la Unión Europea, un OrganismoNotificado puede estar implicado en el procedimiento de evaluación de la conformidad.

Procedimiento de evaluación para "instalaciones fijas":

• Una instalación fija deberá de ser instalada aplicando unas buenas prácticas de ingenieríay respetando la información sobre la función y uso de sus componentes, con el fin decumplir los requisitos de protección de la directiva. Dichas buenas prácticas deberán deestar documentadas, y mientras la instalación fija se encuentre en servicio, la documentacióncorrespondiente deberá ser guardada por la persona o personas responsables, adisposición de las autoridades nacionales pertinentes para posible inspección.

• Debido a sus características específicas, las instalaciones fijas no están sujetas a laobligación de llevar la marca “CE” ni a la Declaración de Conformidad.

Una "Guía de Aplicación" de la Directiva 2004/108/EC (nueva Directiva de EMC aprovadael 31/12/2004) está siendo preparada por la Comisión Europea.

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3 ¿CÓMO SE APLICA LA DIRECTIVA DE EMC A LAS

MÁQUINAS-HERRAMIENTA?

El fabricante es responsable de su producto, y esta responsabilidad está formalmentedefinida mediante una Declaración de Conformidad con la Directiva de EMC.

La Directiva de EMC indica que se considerará que existe una presunción de conformidadcon los requisitos de protección de EMC (emisión e inmunidad) por parte de todos losaparatos que cumplan las normas armonizadas (EN) identificadas como relevantes mediantela publicación de sus números de referencia en el Diario Oficial de la Unión Europea (OJEU,en sus siglas en inglés). El procedimiento aparece descrito en la Guía 25 de CENELEC.

El camino más sencillo para dicho cumplimiento es que el fabricante utilice las normas queabarcan todos los requisitos de protección EMC de la Directiva, en cuyo caso el fabricantedebe de aplicar todos los requisitos normativos EMC de las normas indicadas en el OJEUcuyo alcance es aplicable al producto en particular.

En ausencia de normas de producto apropiadas, es decir, normas de familia de productoo normas específicas de producto publicadas en la lista del OJEU, para demostrar elcumplimiento se aplicarán las normas genéricas.

CENELEC ha publicado dos normas EMC de familia de producto para máquina-herramienta.

EN 50370-1: Compatibilidad electromagnética (EMC) - Norma de familia de producto paramáquina-herramienta. Parte 1: Emisiones; Abril 2005.

La norma EN 50370-1 apareció en el OJEU en 2005 con fecha de cese 01/02/2008.

EN 50370-2: Compatibilidad electromagnética (EMC) - Norma de familia de producto paramáquina-herramienta. Parte 2: Inmunidad; Enero 2003.

La norma EN 50370-2 apareció en el OJEU en 2003 con fecha de cese 01/11/2005.

Las dos normas anteriores junto con una modificación a la norma de emisiones EN 55011(CISPR 11) aplicable a la familia genérica de las máquinas industriales, fueron desarrolladaspor un grupo de trabajo organizado por CECIMO en el que se reunió a asociacioneseuropeas de máquina-herramienta, a fabricantes de máquina-herramienta, a laboratoriosde EMC y a expertos en EMC.

Las normas EN 50370 proponen un enfoque pragmático para validar las solucionesinnovadoras de EMC basándose en el principio de "CE+CE = CE".

La norma específica de inmunidad de máquina-herramienta define los ensayos y losniveles de severidad más apropiados para las condiciones de funcionamiento de lamáquina-herramienta.

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Se definen de forma específica para máquina-herramienta, tres clases de criterios defuncionamiento A, B y C (véase tabla 2 de la citada norma).

Las normas ofrecen tres procedimientos de ensayo que pueden ser seleccionados porel fabricante.

3.1 TRES PROCEDIMIENTOS DE ENSAYO A ELEGIR

Los fabricantes de máquinas-herramienta pueden utilizar tres procedimientos para comprobarsi sus productos cumplen las dos normas (EN 50370):

A. Ensayar la máquina-herramienta en su conjunto.

B. Ensayar todas las partes eléctricas y electrónicas.

C. Ensayar los módulos.

ENSAYOS EMC DE LA MÁQUINA-HERRAMIENTA EN SU CONJUNTO

En el caso de máquinas pequeñas se recomienda realizar ensayos a la máquina en suconjunto. La definición de "máquina pequeña" hace referencia a la posibilidad de serinstalada en el interior de una cámara de ensayos semianecoica típica:

• Dimensiones de la puerta de entrada: 1 x 2 m.

• Dimensiones y peso soportados por la mesa giratoria: diámetro 1,5 m, 1000 kg.

• Capacidad de alimentación eléctrica: trifásica 3 x 400 V, 32 A.

• Fluidos (aire comprimido).

• Herramientas para controlar el comportamiento correcto.

• Capacidad de control remoto (dado que el operario no puede permanecer en el interior dela cámara durante las pruebas).

Estas características pueden variar entre los diferentes laboratorios.

Incluso si la capacidad es grande, es muy difícil realizar pruebas en una máquina completade tamaño medio, debido a razones prácticas tales como:

• El coste y la dificultad del transporte.

• El tiempo necesario para realizar la instalación en la cámara de ensayos semianecoica.

• La necesidad de desplazar a los operarios.

• El coste del ensayo en una cámara de ensayos semianecoica.

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AA


ENSAYOS EMC DE TODAS LAS PARTES ELÉCTRICAS Y ELECTRÓNICAS

Este procedimiento se utiliza para máquinas-herramienta con instrumentación/controlremoto. No es apropiada para configuraciones convencionales (grandes armarios de controlque contienen equipos de instrumentación/control: dispositivos digitales de control, autómatasprogramables, controladores de velocidad, etc.).

La tendencia actual es descentralizar el control y distribuirlo entre diferentes partes de lamáquina. Se utiliza un bus de campo para la comunicación entre estas partes electrónicasremotas.

Es relativamente fácil operar los diferentes bloques funcionales equipados con sensoresy algunos actuadores sobre una mesa de pruebas.

Este ensayo permite validar una configuración dada en condiciones bastante próximas ala realidad. El programa, la disposición de los sensores y de los actuadores, y las longitudesde los cables serán muy diferentes en la máquina final.

Sin embargo, el ensayo de todas las partes eléctricas y electrónicas sobre la mesa depruebas puede ser más severo, estando los componentes electrónicos directamenteexpuestos a las perturbaciones radiadas sin beneficiarse de los efectos de atenuaciónproporcionados por el apantallamiento asociado a la estructura mecánica de la máquina.

De forma opcional, se recomienda realizar una inspección visual de toda la máquina. Estainspección permite la comprobación del cumplimiento de las reglas de diseño de EMC, enespecial (ver también el resto de la guía):

• Puesta a masa.

• Conexiones de la pantalla de los cables apantallados.

• Instalación de filtros RFI para EMC.

• Separación de los cables por familias en función de la naturaleza de la señal transportada.

• Respeto de las distancias de separación entre familias de cables.

• Uno correcto de los planos de masa.

• Zonas no pintadas.

• Contactos en superficie.

• Riesgo de corrosión de los contactos.

ENSAYOS EMC POR MÓDULOS

Este procedimiento es aplicable a máquinas que incluyen subconjuntos que normalmentecumplen con los requisitos EMC. En el caso de subconjuntos para los que no se haestablecido dicho cumplimento, los ensayos deben de ser efectuados tal y como se describenen el Anexo A de las normas EMC de producto, o deben de aplicarse las normas armonizadas.

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BB

CC


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Siempre que sea posible, el fabricante de la máquina-herramienta debe respetar lainstrucciones de instalación EMC dadas por el fabricante del módulo en las instruccionestécnicas que lo acompañan.

Debe de prestarse especial atención a los módulos para los cuales no se han respetadocompletamente dichas instrucciones.

Este procedimiento incluye varios pasos: pruebas por módulos, inspección visual y ensayosadicionales en la máquina completa.

El fabricante debe de dividir la máquina en módulos de acuerdo con los siguientes criterios:

• El módulo es o no es electromagnéticamente relevante.

• La forma de realizar las conexiones eléctricas.

• La posibilidad de sufrir interferencias debidas a una perturbación procedente del exteriorde la máquina.

• El respeto de las instrucciones de instalación EMC de los diferentes módulos.

Finalmente, el fabricante deberá de realizar una inspección visual de la máquina-herramientacompleta.

3.2 ASPECTOS DE LOS PROCEDIMIENTOS DE ENSAYO EMC

VALIDACIÓN DE UNA GAMA DE PRODUCTOS

Las normas EMC de producto pueden ser utilizadas también para validar una gamade productos.

Las normas proporcionan información sobre cómo escoger la configuración de máquinamás compleja desde el punto de vista de la EMC, para una gama de productos.

ANÁLISIS PRELIMINAR PARA PREPARAR EL PLAN DE ENSAYOS

El fabricante de máquinas-herramienta tiene libertad para escoger uno de los tresprocedimientos de prueba descritos en el apartado 3.1. Dicha selección será realizadaen función de:

• El tamaño de la máquina-herramienta.

• La naturaleza de los componentes de la máquina-herramienta que van a ser subcontratados.

• Los conocimientos de la empresa en EMC.

• La dificultad para realizar las pruebas.

• Los medios específicos de ensayo y medida.

• La magnitud de las series de producción del producto.

• El presupuesto asignado a las evaluaciones EMC.


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• Si existe o no un laboratorio de EMC próximo con una cámara de ensayos.

TAMAÑO DE LA MÁQUINA-HERRAMIENTA

En el caso de máquinas pequeñas el fabricante puede decidir realizar el ensayo completo.

VOLUMEN Y NATURALEZA DE LA SUBCONTRATACIÓN

Los fabricantes de máquina-herramienta subcontratan la fabricación de los módulos deinstrumentación-control, y especialmente el cableado de los armarios y cajas de control.

El fabricante puede pasar a sus subcontratistas el problema de encontrar solucionesa los problemas de EMC. Puede obligarlos a respetar los requisitos impuestos por lasnormas o por otras normas EMC armonizadas.

Si la arquitectura de control está "descentralizada", el fabricante escogerá el procedimientoB (ensayo EMC del conjunto eléctrico).

CAPACITACIÓN INTERNA EN EMC

El fabricante de máquinas-herramienta preferirá escoger el procedimiento C, si en laempresa hay un especialista en EMC.

DIFICULTADES TÉCNICAS

• La capacidad de la máquina para ser sometida a pruebas ("testeabilidad" de lamáquina).

• La posibilidad de realizar mediciones y monitorizaciones durante los ensayos.

• La disponibilidad de un programa de pruebas.

• El riesgo de defectos en los equipos y/o dispositivos de la máquina.

• El riesgo de perturbar a los equipos que se encuentran cerca de la máquina sometidaa ensayos.

• El riesgo de crear fallos latentes (por ejemplo, debido a descargas ESD).

PRUEBAS ESPECÍFICAS Y MEDIOS DE MEDIDA

• Equipos de metrología dimensional para comprobar el desplazamiento y la repetibilidad(ej. utilizar preferentemente micrómetros mecánicos).

• Unidad de control de adquisición de datos/supervisión.

• Televisión en circuito cerrado.

• Osciloscopio, multímetro, aparatos registradores.

¿CÓMO SE APLICA LA DIRECTIVA DE EMC A LAS MÁQUINAS-HERRAMIENTA GRANDES?

El fabricante tiene libertad para decidir qué procedimiento va a utilizar. Esta eleccióndepende de varios factores:


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• Si existen o no normas armonizadas aplicables al producto.

• El nivel de capacitación técnica en EMC de la empresa.

• El coste y duración de las evaluaciones.

Estos tipos de equipos presentan las siguientes características:

• Equipos que no pueden ser sometidos a los ensayos EMC convencionales (debidoa su tamaño o peso, y a la necesidad de utilizar circuitos neumáticos o hidráulicosen algunos casos).

• Equipos incluidos en instalaciones fijas en el sentido que tiene en la Directiva.

• El fabricante de máquina-herramienta es frecuentemente un integrador de componentes.

El fabricante puede "autoevaluar" si su máquina-herramienta cumple o no la DirectivaEMC. Esto simplemente significa que debe emitirse una Declaración de ConformidadEC y que deben guardarse todos los documentos pertinentes (Declaración de Conformidadde los elementos integrados, copia de los informes de ensayo, instrucciones para elusuario, etc.) durante un período de tiempo de diez años (desde la venta de la últimamáquina-herramienta) para su comprobación por las autoridades, si fuera necesario.

Aunque esta solución es frecuentemente la única económicamente viable para lasgrandes máquinas e instalaciones fijas, está lejos de ser técnicamente ideal. Por ejemplo,el personal no siempre está formado sobre los procedimientos de las normas EMC, ylos equipos integrados no se suministran siempre con las Declaraciones de ConformidadEC relativas a la Directiva EMC.

SI EL FABRICANTE DE LA MÁQUINA NO RESPETA ESTRICTAMENTE EL PROCEDIMIENTO SUGERIDOARRIBA (UTILIZACIÓN DE COMPONENTES NO CONFORMES, INCUMPLIMIENTO DE LAS INSTRUC-CIONES DE UTILIZACIÓN, ETC.), ES ESENCIAL VALIDAR LAS OPCIONES TÉCNICAS SELECCIONADASMEDIANTE ENSAYOS EMC O RECURRIENDO A LA AYUDA DE UN EXPERTO EN EMC.

¿CÓMO DEBEN TRATARSE LOS COMPONENTES INTEGRADOS?

La mayor parte de los principales fabricantes de equipos electrónicos industriales ofrecenproductos con la marca "CE", pero para una configuración dada de uso de dichos equipos(por ejemplo, con un filtro RFI). Generalmente, la integración correcta aparece descritaen las instrucciones para el usuario suministradas con los equipos.

¿TRATA LA DIRECTIVA DE EMC SOBRE ASPECTOS DE SEGURIDAD?

La Directiva de EMC no trata sobre aspectos de seguridad, tal y como se especifica enel Artículo 1.5: "Esta Directiva no afectará a la aplicación de las leyes Comunitarias onacionales que regulan la seguridad de los equipos".


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3.3 RESULTADOS DE ENSAYOS

Durante múltiples pruebas realizadas en el Laboratorio EMC de CETIM, se obtuvieron lossiguientes resultados genéricos:

En lo que se refiere a inmunidad:

• Sensibilidad al ensayo de transitorios eléctricos rápidos/ráfagas EFT (EN 61000-4-4),

• Buen e incluso excelente comportamiento en pruebas de inmunidad a emisionesradiadas (EN 61000-4-3) y pruebas de inyección de perturbaciones de alta frecuenciaen modo común en cables (EN 61000-4-6).

• Comportamiento variable con respecto a las pruebas de "walkie-talkie" o de teléfonomóvil de 900 MHz. La experiencia demuestra que los trabajos de mantenimiento sonfrecuentemente realizados por personal que utiliza este tipo de teléfonos, aunque nose ha identificado perturbación alguna cuando los armarios de la máquina permanecieronabiertos durante las pruebas EMC. Si embargo, ésta es una importante amenaza pordos razones:

• El alto nivel de riesgo (pueden alcanzarse fácilmente niveles superiores a 50 V/mcerca de los "walkie-talkies").

• Las señales de alta frecuencia emitidas (433 MHz en el caso de los "walkie-talkies"y hasta 1800 MHz para los teléfonos móviles) hace que el apantallamiento sea mástransparente, especialmente dentro del rango de 1800 MHz. Las aberturas formadasen los armarios permiten que pasen las perturbaciones sin atenuación alguna.

En una situación de fallo normalmente se producen los siguientes funcionamientosdefectuosos:

• Perturbaciones de los equipos (de medida) integrados.

• Distorsiones de las señales digitales, perturbación o corte del bus de comunicación.

• Fallos creados en la máquina-herramienta que exigen una reinicialización.

• Pérdida de referencias espaciales ("encoders").

Algunos de estos fallos de funcionamiento son bastante excepcionales y quedan archivadosen el historial de control de la máquina, por lo que son fácilmente identificables.

En lo que se refiere a emisiones:

La utilización de soluciones "comunes" para protegerse contra emisiones conducidas yradiadas elevadas generadas por controladores de velocidad, permiten un control relativamentebueno de las perturbaciones emitidas por las máquinas-herramienta, considerando lossiguientes comentarios:

• Si se instala un filtro RFI (con al menos dos etapas, o uno recomendado por el fabricantedel controlador de velocidad) en la entrada de los controladores de velocidad, lasemisiones conducidas permanecen por debajo de los límites impuestos por la normaEN 55011 para entornos industriales.


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• Si los cables entre el controlador de velocidad y el motor están apantallados de acuerdocon los procedimientos normalizados (ver apartado 4.6 de esta guía), las emisionesradiadas aparentemente son controladas. En la práctica, esta cuestión es difícil debidoa la alta densidad de cables: cables que se asumen "limpios" adyacentes a cablesque conectan el controlador de velocidad con el motor, se convierten también enantenas que reemiten perturbaciones de alto nivel.

NOTAS

Este último punto normalmente se acentúa debido a la mala continuidad eléctrica entrelos diferentes componentes de la máquina a altas frecuencias. Este problema se resuelvemediante el uso de trenzas metálicas cuidadosamente situadas en la máquina-herramientapara interconectar las partes metálicas grandes.

Algunos fabricantes evitan la instalación de cables apantallados mediante un cuidadosocontrol de los cruces de cables (situándolos cerca de una estructura metálica grande,o aún mejor, en el interior de una estructura cerrada soldada), y también manteniendoun control especial sobre la equipotencial entre las grandes estructuras metálicas dela máquina-herramienta.

A continuación se incluyen algunas recomendaciones generales basadas en la experienciade las evaluaciones EMC:

CABLES LARGOS (DIFERENTES A LOS CABLES DE POTENCIA)

En las máquinas-herramienta frecuentemente se utilizan cables largos, algunos mayoresde 10 m., especialmente para los pupitres de control remoto.

Debe de prestarse especial atención a estos cables:

• Cables de control (diferentes a los cables de alimentación eléctrica y de potencia):se usan normalmente alojados en canaletas y son frecuentemente sensibles a lasráfagas de transitorios rápidos, por lo que normalmente se recomienda que esténapantallados (o que se mejore un mal apantallamiento). Por ejemplo, los buses decomunicación y los cables de control remoto.

• No instalar cables de control en la misma parte de la canaleta que los cables depotencia.

MEDICIONES ANALÓGICAS

Los circuitos analógicos son muy sensibles a las pruebas de inmunidad radiada realizadasen cámaras anecoicas, y a las pruebas de inyección de perturbaciones de alta frecuenciaen modo común en cables, por lo que existe una tendencia de sustituirlos por dispositivostotalmente digitales. Deben tomarse las siguientes precauciones:

• Se ha observado que los sensores protegidos con bastidores metálicos son normal-mente insensibles a las perturbaciones. Se ha reducido la sensibilidad acortando loscables conectados o mejorando el apantallamiento de dichos cables,

• Los cables para sensores que no disponen de una pantalla metálica deben estarapantallados.


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GENERADORES ELECTRÓNICOS DE FRECUENCIA

Teniendo en cuenta la tecnología que necesariamente se utiliza en este tipo de circuitos(tecnología FAST o ACL), se ha observado que normalmente no cumplen las normasde emisiones electromagnéticas (el espectro emitido normalmente incluye la frecuenciafundamental (ej. 50 MHz) y también todos los armónicos hasta frecuencias que puedenalcanzar fácilmente los 800 MHz).

En este caso, las soluciones EMC que deben ser adoptadas son principalmente aplicablesa la adaptación de líneas (introducción de inductancias o resistencias para limitar lacorriente, ampliación de la anchura de las pistas en el circuito impreso). En este caso,el circuito impreso debe ser normalmente rediseñado.

SOFTWARE INCORPORADO

El diseño especial del software de control puede proteger eficientemente a los circuitoselectrónicos contra las perturbaciones con un menor coste. Por ejemplo, los métodosutilizados son los siguientes:

• Filtrado digital (deslizando la media sobre varias adquisiciones sucesivas con el finde discriminar las perturbaciones transitorias en las tensiones de los sensores).

• Comprobación de la consistencia de los valores medidos, gestión de errores.

• Instalación de un "wachdog".


OBSERVACIÓN

4 BUENAS PRÁCTICAS DE INSTALACIÓN

A alta frecuencia, o dicho de otra forma, en el caso de señales de frecuencias superioresa unos pocos MHz, una "buena masa" significa una superficie metálica altamente conductoracuyas dimensiones sean como mínimo tan grandes como las de los circuitos electrónicosa proteger o mayores (si fuera posible, ligeramente mayores).

Por ejemplo, una chapa galvanizada en la parte trasera del armario, una estructura metálicasoldada de una máquina-herramienta, etc.

El papel principal de la masa es ofrecer una referencia de potencial “limpia” a alta frecuencia(definición de “cero voltios”).

No hay que confundir la "masa" (también llamada "tierra funcional") con la "tierra deprotección" ya que sus funciones no son las mismas; la masa actúa como una "superficiede trabajo" para cualquier perturbación transmitida a través de la pantalla de un conductor,mientras que la "tierra de protección" se utiliza con fines de protección del personal (elrango de frecuencia de esta última se limita a unos pocos kHz).

En el texto siguiente, "masa" no significa una conexión ocasional en estrella, ni una barrade cobre a la que se conectan los cables de protección verde-amarillos o las pantallas delos cables.

ATENCIÓN, YA QUE SIN EMBARGO, ESTOS REQUISITOS DE SEGURIDAD SON OBLIGATORIOS;LA CONEXIÓN EN ESTRELLA DE LOS CONDUCTORES DE PROTECCIÓN DEBE COEXISTIR CONLAS REGLAS EMC DE CABLEADO. SI EXISTE ALGÚN CONFLICTO, LA APLICACIÓN DE LASREGLAS DE SEGURIDAD ES PRIORITARIA.

4.1 FENÓMENOS GENERALES EMC

Todo cable cercano a cables no apantallados (cables de motores) o cables sin filtros RFI(cables de alimentación eléctrica) deben de ser considerados "sucios" ("ruidosos").

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Eliminar una perturbación es presentar un camino a masa de menor impedancia que elcamino ofrecido por el equipo a proteger.

4.2 PUESTA A MASA

¡No utilizar cables para la puesta a masa! Las conexiones a masa con un cable de protecciónverde-amarillo son insuficientes para la EMC (aunque son obligatorias por razones deseguridad, siendo este cable normalmente muy largo, de al menos 1 m en el interior deuna máquina-herramienta).

Por lo tanto, todos los equipos deben de estar conectados a masa mediante una conexiónde baja impedancia incluso a alta frecuencia. Con un cable no se puede conseguir esteobjetivo; la única forma de conseguirlo es utilizar una trenza metálica o una pletina/placade metal de una superficie dada, tal como se muestra en las figuras siguientes.

L

Mal: A alta frecuencia un hilo único tiene una inductancia alta


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4.3 TIPOS DE CABLES Y BUENAS PRÁCTICAS DE CABLEADO

En un entorno industrial, los cables son los más importantes "acopladores electromagnéticos".

La naturaleza de dichos acoplamientos puede ser eléctrica y/o magnética.

Las capacidades e inductancias mutuas se distribuyen a lo largo de toda la longitud de dosconductores paralelos próximos entre sí. Las señales (perturbaciones) se acoplan de unconductor a otro a través de dichos elementos parásitos. Esto recibe el nombre de diafoníacapacitiva o inductiva, dependiendo de la naturaleza de la señal que pasa a través delcable perturbador (tensión o corriente eléctrica).

Existen varias soluciones para reducir la diafonía: los conductores pueden ser separadosen toda su longitud o los cables pueden ser agrupados según la naturaleza de la señaltransportada (señal débil, digital o analógica, alimentación eléctrica, fuerza, relés, etc.), unode los conductores puede ser apantallado o pueden utilizarse pantallas, conductos ocanaletas metálicas.

Por el contrario, una corriente de alta frecuencia que circule por un cable creará necesaria-mente un campo electromagnético que puede propagarse por radiación y crear una fuentede perturbaciones.

La selección de un tipo de cable se lleva a cabo dependiendo de la naturaleza de la señaltransportada (para una señal video se utilizará un cable coaxial, para señales digitalesde alta densidad se utilizará un cable plano), así como de la protección requerida contralas perturbaciones (apantallamiento, trenzado, doble apantallamiento, etc.).

En general, es importante respetar las instrucciones de uso especificadas por losfabricantes de equipos electrónicos y, por lo tanto, utilizar los tipos de cables indicadosen dichas instrucciones.

Mejor: La puesta a masa tiene que ser efectuada utilizando conductoresplanos y bastante anchos (relación longitud/anchura aproximadamente igualo inferior a 5) y preferiblemente de cobre trenzado. Por lo tanto, no utilizartrenzas metálicas excesivamente largas.


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CABLES DE DOBLEAPANTALLAMIENTO

Tienen dos mallas metálicas concéntricas separadas por un aislamiento.Dichas mallas pueden ser conductoras (por ejemplo, de cobre) o puedenutilizarse otros tipos de mallas - una malla conductora y una mallaferromagnética. La malla conductora brinda protección contra los camposeléctricos mientras que la malla ferromagnética impide que el campomagnético penetre en o escape del cable.

PARES APANTALLADOSCON PANTALLAS FINAS

(con lámina de aluminio en lugar de la pantalla de cobre trenzado)Son utilizados para la conexión de algunos tipos de sensores, "enco-ders", etc. Los contactos eléctricos efectuados con este tipo de cableproporcionan resultados muy variables, por lo que se recomiendaencarecidamente que no se utilice este tipo de cable.

(ej. cable de conductores paralelos) No proporciona protección alguna.Utilizar para señales de baja frecuencia.

CABLE NORMAL

CABLE COAXIAL Está formado por un conductor central, un dieléctrico y un conductorexterno (normalmente una malla de cobre). La señal de alta frecuenciaes transmitida a través del conductor central y la superficie interior dela malla. Una corriente perturbadora que circule por la superficie exteriorde la malla puede entrar en el cable y afectar a la señal transmitida. La"impedancia de transferencia" es un parámetro importante empleadopara caracterizar el comportamiento EMC del cable coaxial, definiéndosecomo la relación entre la corriente perturbadora externa y la tensióninterna producida. ¡Obviamente, un buen cable coaxial debe de teneruna impedancia de transferencia muy baja!El cable coaxial puede ser utilizado para transmitir señales de bandaancha a lo largo de distancias de hasta un kilómetro.

PARES TRENZADOS Están formados por dos conductores trenzados entre si (ej. aproxima-damente 50 torsiones por metro).Al trenzar los conductores se reduce la corriente de alta frecuenciacaptada por un cable expuesto a un campo electromagnético. Puedeproporcionarse una protección adicional mediante apantallamiento externo.Este tipo de cable tiene buenas características EMC y se usa especial-mente para transmisión de datos (buses de campo, etc.) a altasvelocidades y a distancias del orden de varios cientos de metros.

CABLE PLANO Está formado por varios hilos sujetos uno a otro de forma adyacente.Este tipo de cable es muy práctico y su uso está bastante extendidoen la construcción de máquinas-herramienta. En lo que se refiere alcomportamiento EMC, este tipo de cable presenta unas prestacionesmedias, no debiendo de ser utilizado para distancias superiores a 0,5m. Es necesario tomar precauciones en el caso de distancias máslargas, como por ejemplo:

- Alternar un hilo de señal con un hilo de masa (cero voltios),- Mantener al cable en contacto con las chapas metálicas,- Utilizarlo con una pantalla metálica conectada a masa en cada uno

de los extremos.


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TIPOS DE CABLES PARA DIFERENTES APLICACIONES

FUNCIÓN DEL CABLE TIPO DE CABLE RECOMENDACIONES EMC

CABLE DE ALIMENTACIÓN Normal (hilo) En el peor de los casos (controladoresde velocidad, equipos electrónicossensibles) estos cables tienen filtros RFIo incluyen anillos de ferrita.

CABLE DE MOTOR(SIN CONTROLADOR DEVELOCIDAD)

Normal (hilo) Un motor asÌncrono o sÌncrono solo noproduce ninguna perturbación apartede armónicos de muy baja frecuencia.

CABLE DE MOTORCONECTADO A UNCONTROLADOR DEVELOCIDAD

Apantallado Estos cables crean una gran cantidadde perturbaciones. El apantallamientodebe ser conectado a masa (bastidor)en ambos extremos.

SENSOR Cable coaxial,

Pares apantallados,

Cable con dobleapantallamiento

En el mejor de los casos se trata de unapantallamiento simple; si el cable eslargo deberÌa de ser conectado a masasolo en un extremo (punto frío).En el peor de los casos deberÌa deutilizarse un apantallamiento dobleaislado. El apantallamiento externo seconecta al bastidor (conexión por elexterior, pasacables met·lico necesario),el apantallamiento interno se contin˙aen el interior del armario lo m·s cercaposible de los equipos electrónicos y seconecta a la tensión cero (0 V) de loscircuitos electrónicos.

BUS DE COMUNICACIONES Par trenzadoapantallado

Estos cables son los puntos débilesde una instalación. No deben de serignorados.

INTERCONEXIÓN Cables planos Estos cables son también sensiblesdebido al gran espectro de señales y elreducido número de señales de masaque pueden proteger a estas señalescontra las perturbaciones. Existen cablesplanos trenzados y apantallados peroson realmente difíciles de utilizar porlos instaladores de cables.Los cables planos deben de ser cortosy mantenerse en contacto con unasuperficie met·lica conectada a masa.Obsérvese que se trata de cables planoscon un plano de masa en toda sulongitud (que se mantiene más o menosen contacto con el cable plano).

CABLES DE RELÉS Normal (hilo) Debe de instalarse un medio dedesacoplamiento RFI en el dispositivode conmutación (dispositivos RC).


A continuación se tratará de explicar de forma detallada cómo hay que realizar el cableadoen la práctica y qué es lo importante para la instalación:

Las señales de alimentación y retorno deben de ser cableadas juntas, y si fuera posibletrenzando los hilos correspondientes. La selección de un tipo de cable se lleva a cabo enfunción de la naturaleza de la señal transportada (para una señal video se utilizará un cablecoaxial, para las señales digitales de alto contenido espectral se utilizará un cable plano),así como de la protección requerida contra las perturbaciones (apantallamiento, trenzado,doble apantallamiento, etc.).

Todos los cables deben de estar junto a las superficies metálicas en toda su longitud(especialmente cuando son largos).

Conexión ideal de dos componentes:

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• No mezclar partes "sucias" con partes "limpias" (partes con filtros RFI ypartes sin filtros, cables desde el exterior del armario y cables de señalesdébiles que puede que no necesiten ser apantallados).

· Separar las funciones que producen fuertes perturbaciones y las funcionessensibles.

· Las partes de potencia deben de ser separadas de los elementos electró-nicos de bajo tensión.

• Agrupar los cables por familias (cables apantallados juntos, cables depotencia no apantallados juntos, cables digitales juntos, cables de relésjuntos, cables analógicos de señales débiles juntos).

Los cables analógicos y digitales deben estar separados (como mínimo 10 cm).

• Siempre que sea posible deben separarse los cables de potencia y loscables de baja tensión (50 cm si uno de los cables está apantallado, de locontrario 1 m).

• Todos los cables (especialmente si son largos, es decir, > 3 m) deben estaren contacto con una superficie metálica para reducir al mínimo el áreaentre el equipo, el cable y la "masa", que es normalmente la superficiemetálica.

• Mantener todos los elementos electrónicos referenciados a una superficiemetálica próxima mediante una trenza metálica ancha (> 1 cm) y corta(< 10 cm).

· No conectar nunca el apantallamiento mediante un hilo ("pigtail").

· Para la puesta a masa se considera preferible una superficie metálica envez de un conductor.

• Trenzar los cables sensibles de alimentación y de retorno.

• Los cables que no se utilizan no deben dejarse desconectados, debiendoser conectados a un potencial fijo (si fuera posible la masa) en cada unode los extremos.

• Cuando se cruzan cables de diferentes familias deben de hacerlo enángulo recto.

RECOMENDACIONES PARA LA INSTALACIÓN DE CABLES

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4.4 APANTALLAMIENTO Y CONEXIÓN A MASA

En la mayor parte de los casos las pantallas de los cables se conectan a masa (bastidor)en ambos extremos.

El apantallamiento debe de ser continuo (no interrumpido) y estar conectado a masa enambos extremos mediante un contacto de excelente calidad (la eficiencia del apantallamientodepende de este contacto). El apantallamiento de un cable largo puede ser conectado amasa en puntos intermedios. Debe tenerse cuidado con la circulación de corrientes debidaa masas que no están al mismo potencial. En este caso concreto, se utilizará un cable condoble apantallamiento con dos mallas conductoras: la malla exterior se conectará a lasmasas sin ninguna otra precaución y se conectará a los armarios por el exterior medianteun pasacables metálico, y el apantallamiento interior se conectará al interior de los armarios.

Los casos en los que el apantallamiento se conecta sólo a un extremo son excepcionalesy se describen en la sección siguiente:

EJEMPLO DE CONFIGURACIÓN TÍPICA DE UNA MÁQUINA-HERRAMIENTA

Es esencial que el conjunto apantallamiento-conector-masa sea tanto mecánica comoeléctricamente continuo (resistencia de contacto muy baja).

Un error común cuando intenta lo anterior es hacer la conexión de la pantalla como una"señal ordinaria" adyacente a otras señales. En el otro lado del conector, la "señal deapantallamiento" es recogida de nuevo en una malla de cable apantallado ordinario.

Este tipo de conexión no debe ser utilizada.

Cuando se usan los llamados "pigtails" para la conexión de las pantallas de los cables,la impedancia respecto a masa a alta frecuencia es alta, desapareciendo la eficiencia dela pantalla.

El apantallamiento de los cables debe de ser continuo y actuar como una auténtica jaulade Faraday construida alrededor de los cables que protege.

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Los equipos situados en el armario y que producen fuertes perturbaciones (por ejemplo,un controlador de velocidad) deberían incorporar cables apantallados que no son interrumpidosa la entrada del armario.

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Mal: La continuidad de la pantalla es interrumpida por una alta impedancia(a altas frecuencias). La eficiencia de la pantalla es pobre.

Mejor: Esta solución tiene la desventaja de interrumpir la continuidad de lapantalla. Una solución posible sería utilizar una caja metálica en el interior de lacual se instalaría una regleta de bornas (ver ejemplo en el apéndice 1). Elapantallamiento se conecta a la caja en la entrada del cable (pasacables metálico).


Esta solución es ampliamente utilizada y es muy eficiente. Debería de ser utilizadaespecialmente cuando un armario "produce perturbaciones". Los fabricantes utilizan regletasde conexión de cables bien conectadas a la masa del armario en la parte inferior de éste(bien separadas de otros cables del armario). El apantallamiento se deja sencillamente aldescubierto (pero no se interrumpe) y se pone en contacto con el bastidor del armario,terminándolo lo más cerca posible de la fuente de las perturbaciones (por ejemplo uncontrolador de velocidad). Esta solución no es tan eficiente como la que se basa en unpasacables, pero la diferencia es patente en el caso de las perturbaciones de alta frecuencia(> 500 MHz) y por lo tanto menos necesaria (excepto cuando se usan transmisores tipoteléfono móvil).

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· El pasacables debe ser metálico.

· La conexión del apantallamientodebe ser efectuada a 360º.

· Si fuera necesario debe disponerseuna superficie no pintada.

Óptimo: Los pasacables metálicos garantizan la continuidad del apantalla-miento. Éste es un método de apantallamiento muy eficiente.


4.5 UTILIZACIÓN DE FILTROS RFI

Se utilizan filtros RFI (RadioFrequency Interference o "interferencia electromagnética") parareducir el nivel de las perturbaciones emitidas por un aparato en la banda de 150 kHZ a30 MHz. Dentro de este rango de frecuencias, los filtros RFI eliminan muchas de las señalesde radiofrecuencia que tienen una amplitud relativamente débil; por ejemplo, una perturbaciónde 500 mV es filtrada con un filtro RFI desde la tensión de la red. Obviamente, los filtrosRFI no son eficientes contra perturbaciones tales como sobretensiones e impulsos tiporayo. Para detener dichas perturbaciones, se utilizan protecciones contra sobretensiones.Frecuentemente se utilizan ferritas en los cables para atenuar las perturbaciones de másalta frecuencia.

Los filtros RFI están formados por elementos pasivos (condensadores e inductancias).Normalmente consisten en una caja metálica que incluye uno o varios compartimentosmontados en cascada. La función de la caja metálica es la de actuar como una superficiede contacto de los elementos del filtro con respecto a masa.

Los filtros RFI eliminan las perturbaciones conducidas en modo común (tales como lasperturbaciones que vuelven a través de masa) o las perturbaciones en modo diferencial(que son conducidas por dos hilos conductores sin pasar a través de masa).

En modo común, el filtro RFI debe de tener una vía de baja impedancia a masa a unafrecuencia dada con el fin de eliminar la perturbación a esta frecuencia. En modo diferencial,frecuentemente se instala un condensador entre los dos hilos conductores para cortocircuitarla perturbación a masa.

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Normalmente un filtro RFI está mal instalado si se utiliza un cable para su conexión a masa(sigue siendo necesario el conductor de protección) debido a que su impedancia a altafrecuencia es demasiado elevada y, como consecuencia de ello, las perturbaciones enmodo común de alta frecuencia pasan a través del equipo a proteger en vez de sercortocircuitadas a masa, por lo que el equipo puede verse perturbado.

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Mal: La eficiencia del filtro RFI se reduce debido al acoplamiento capacitivoe inductivo entre dos cables próximos. Una parte de la perturbación es acopladaal cable filtrado o “limpio”.

Mal: El cableado de esta forma puede producir perturbaciones radiadas quepueden acoplarse a otros cables próximos, o bien pueden acoplarse a élperturbaciones externas.

Mejor: Los cables de entrada y salida deben mantenerse los más estrechamenteen contacto con el bastidor del armario. Se ha conseguido un excelentecontacto eléctrico debajo de la base del filtro RFI.


REGLAS DE INSTALACIÓN

• El filtro RFI debe estar situado lo más cerca posible de la fuente deperturbaciones (por ejemplo, el controlador de velocidad).

• El filtro RFI debe estar situado lo más cerca posible de la entrada de loscables en el armario.

• El filtro RFI debe ser instalado sobre una gran superficie conductora (sinpintura, superficie no anodizada y buen contacto por presión).

En le caso de cables simples pueden utilizarse ferritas.

Las ferritas deben instalarse en los hilos de alimentación y de retorno (normalmente seincluye el conductor de protección) en un cable de alimentación eléctrica, ya que de locontrario serán ineficientes. En el caso de cables de señal, se puede utilizar sólo uno delos dos hilos.

Normalmente son necesarias varias vueltas sobre la ferrita; cada vuelta hace que aumentela eficiencia de la atenuación.

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4.6 INSTALACIÓN DE CONTROLADORES DE VELOCIDAD

Los controladores de velocidad, utilizados frecuentemente en las máquinas-herramienta,son importantes fuentes de perturbaciones. Estos equipos pueden ser considerados fiablesen términos de inmunidad. La mayor desventaja de estos equipos son las graves perturba-ciones que producen (a través de los cables y radiadas a través del aire); de forma específica,pueden producirse fallos tanto en la máquina-herramienta propiamente dicha como enequipos próximos conectados a la misma red eléctrica o a una red tendida a los largo delas mismas conducciones de cables. Téngase en cuenta la gran sensibilidad de los busesde comunicación, que puede dar lugar a un mayor porcentaje de errores o incluso a lainterrupción de las comunicaciones y a mensajes de "timeout".

EJEMPLO DE INSTALACIÓN DE TRES MÓDULOS

De izquierda a derecha:

(1) y (2) requieren un apantallamiento continuo lo más cercano posible a la fuente deperturbaciones (debe de reducirse al mínimo la parte del cable que no está apantallada:10 cm es aceptable).

(2) solución con regleta de bornas; las regletas de bornas se colocan en una “caja” metálicacon el fin de mantener la continuidad del apantallamiento al mismo tiempo que se mantienela modularidad de la solución con una regleta de bornas.

(3) este equipo no produce perturbación alguna: el apantallamiento se utiliza solo paraevacuar las perturbaciones “entrantes”. La regleta de bornas puede ser utilizada sin mediosadicionales, no continuándose el apantallamiento hasta el extremo final.

Normalmente, los cables de alimentación de los controladores de velocidad deberíandisponer de filtros RFI. Algunos fabricantes de controladores de velocidad incluyen en sus

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controladores un filtro RFI integrado en la línea de alimentación. En la mayor parte de loscasos, el fabricante como mínimo recomienda la instalación de un filtro RFI.

Los controladores de velocidad y su cableado deben mantenerse alejados de las funcionessensibles (especialmente de los buses de comunicaciones).

Los cables de motores y los cables de control remoto deben de estar apantallados,conectando a masa los dos extremos del apantallamiento.

Si no se apantallan los cables de los motores, puede producirse lo siguiente:

• Perturbaciones en los sensores, incluso cuando están apantallados, debidas a camposmagnéticos de baja frecuencia en un radio de 10 m alrededor del cable del motor.

• Perturbaciones en las líneas y centralitas telefónicas (PABX).

• Perturbaciones en los buses de comunicación de los ordenadores.

IMPORTANTES REGLAS DE INSTALACIÓN

El controlador de velocidad debe de ser instalado sobre una superficie metálica, debiendode existir un excelente contacto eléctrico entre la base metálica del controlador develocidad y el plano trasero del armario (contacto de superficie de baja impedancia).

Los cables de alimentación eléctrica deben estar separados de los otros cables.

El apantallamiento de los cables de los motores y de los cables de control remoto debeestar conectado lo “más cerca posible” del controlador de velocidad (la longitud del cableno apantallado debe ser inferior a 10 cm).

Las perturbaciones se eliminan fijando firmemente una barra de cobre al apantallamientodesnudo.

En el caso de los controladores de velocidad debe añadirse un collarín adicional próximoa estos dispositivos.

Para el apantallamiento de los equipos electrónicos sensibles es preferible que elapantallamiento desnudo sea continuo en aproximadamente 10 cm después de la barrade cobre.

Si el controlador de velocidad no dispone de un filtro RFI integrado, se instalará un filtroRFI en el cable de alimentación que no va a ser apantallado.

Si no existe contacto de superficie entre el controlador de velocidad y el plano traserodel armario, se colocará una trenza metálica además del conductor de protección.

El apantallamiento desnudo debe de ser conectado al armario en el punto de entradadel cable en el armario (un cable que llegue del exterior debe de ser considerado “sucio”,por lo que debe ser conectado a una placa de referencia - o dicho de otra forma, a unagran superficie conductora - lo antes posible con el fin de evitar las perturbacionesradiadas en el interior del armario.

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REGLAS CONSTRUCTIVAS

PRECAUCIÓN

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Debe instalarse un conductor de protección (cable aislado de color verde-amarillo), conectándolo en estrella a un punto del armario.

4.7 APANTALLAMIENTO DE ARMARIOS ELÉCTRICOS

El apantallamiento electromagnético se consigue por medio de un cerramiento conductory/o ferromagnético que actúa atenuando los campos electromagnéticos y formando unajaula de Faraday. El apantallamiento atenúa el campo perturbador en ambas direcciones“desde el entorno al aparato” y “desde el aparato al entorno” (la protección es efectiva tantopara inmunidad como para emisiones). El apantallamiento también engloba a los elementoselectrónicos (dispositivos, sensores, etc.) y a los cables de interconexión.

El apantallamiento debe de ser totalmente cerrado (caso ideal). De lo contrario su eficienciadepende directamente de las dimensiones y del número de aberturas existentes en él.

El campo eléctrico es fácil de apantallar incluso con pequeños espesores metálicos; laeficiencia del apantallamiento solo depende del tamaño de las aberturas formadas en elarmario y de la conductividad del material de apantallamiento.

· Reducir al mínimo el tamaño de las aberturas mayores (aberturas parapuertas, "displays", ventilación, entradas/salidas de cables): es preferiblevarias aberturas pequeñas que una grande.

· Para los "displays" existen superficies transparentes de apantallamiento(debiendo de estar en buen contacto eléctrico con el bastidor).

· Es preferible utilizar armarios con juntas conductoras en las puertas (debeexistir una superficie no pintada para conseguir un buen contacto eléctricoentre las juntas, el cuerpo del armario y la puerta).


La eficiencia del apantallamiento aumenta al aumentar el espesor del metal, su permeabilidady su conductividad eléctrica. Los problemas causados por los campos magnéticos seresuelven normalmente utilizando conductos de acero o hierro o mediante la utilización deconductos metálicos para cables.

4.8 MÁQUINAS-HERRAMIENTA DE GRAN TAMAÑO

RED DE MASA

Las diferentes partes de una instalación (armarios de control, consolas, pupitres,ordenadores conectados mediante buses de campo, etc.) deben estar al mismo potencialde alta frecuencia (la calidad de la tierra de protección a la que se conecta el conjuntono es muy importante para la EMC, pero sí para la seguridad; es sólo importante en elcaso de incidencia de rayos directos).

Esto se consigue realizando una red entre las masas metálicas con una mejor calidadque la que se consigue mediante conductores de protección (cables aislados de colorverde-amarillo), utilizando (e interconectando) el máximo número de superficies metálicasdisponibles en la máquina-herramienta (utilizando la estructura, conductos de cables,etc.). Las superficies metálicas disponibles en la estructura de la propia máquina-herramienta son muy útiles, pero sólo cuando los contactos eléctricos entre las superficiesmetálicas están bien hechos (en particular sin contactos entre superficies pintadas).

Puede utilizarse un conductor con una sección transversal de 35 mm2 para crear unared entre equipos muy remotos.

Para la puesta a masa pueden utilizarse estructuras de conductos metálicos de cablespara asegurar la igualdad de potencial entre ellos. Las redes de masa deben continuaren el interior de los armarios. No debe ser considerada una red simplemente bidimensionalya que es también una red tridimensional. Una buena técnica para las máquinas-herramienta consiste en conectar entre sí varios armarios de control utilizando contactossoldados o, aún mejor, mediante una barra de cobre de gran sección transversal.

La mejor solución es integrar el armario en la estructura metálica de la máquina-herramienta. Las dimensiones de las redes pueden ser de unos pocos metros, conmayor densidad cerca de los armarios.

¡Asegure el mantenimiento periódico de la continuidad de la red de masa!

CONDUCTOS METÁLICOS DE CABLES

Los conductos metálicos de cables y las canaletas de cables son un medio excelentepara crear una buena red de masa, asegurando que las estructuras de masa estánrealmente al mismo potencial.

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Deben respetarse las siguientes reglas simples:

• Hacer los contactos en superficies no pintadas.

• Utilice componentes que permiten un buen contacto eléctrico.

• Piense en las vibraciones que podrían ser causa de malos contactos.

• Impida la corrosión.

Deben separarse los cables que lleven diferentes señales (potencia, analógicas débiles,digitales, señales apantalladas/no apantalladas) y tender los cables en las esquinas(efecto de "sombra electromagnética").

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Debe de tenerse cuidado con la construcción de las conexiones de los conductos decables:

4.9 MEJORAS ADICIONALES

Electrónica flotante: Es obvio que esta solución va contra el principio fundamental decrear masas y redes equipotenciales (dado que los equipos electrónicos no se conectana masa). Por lo tanto, sólo debe ser utilizada de forma excepcional. Sin embargo, es lasolución más eficiente y la forma más espectacular de resolver los problemas de los buclesde masa a baja frecuencia (menos de unos pocos MHz).

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Mejor: La continuidad a alta frecuencia es insuficiente.

Mal: La continuidad a alta frecuencia es insuficiente.


PRECAUCIÓN

· El dejar flotante un sistema introduce un riesgo eléctrico ya que se eliminael cable aislado de color verde-amarillo.

· La electrónica flotante debe de ser protegida contra las sobretensiones(utilización de protecciones contra sobretensiones producidas por rayos).

La mejora de “baja frecuencia” que aporta la electrónica flotante introduce el riesgo dedegradación de su comportamiento en lo que se refiere a las perturbaciones de “altafrecuencia”. Deben de tomarse las siguientes precauciones:

• Utilizar una masa local (masa separada de la masa de la instalación) de buena calidad(gran superficie metálica). Se intentará alejar dichas “nuevas masas” de la masageneral con el fin de reducir al mínimo la capacidad parásita existente entre las dosmasa. La distancia mínima entre estas dos masas debe ser como mínimo de 10 cm.

• Todas las entradas-salidas (también flotantes) deben de disponer de filtros RFI (apartir de la nueva masa) con el fin de proteger a los elementos electrónicos contra lasperturbaciones de alta frecuencia, y deben incluir protecciones contra sobretensiones(transzorbs, transils, limitadores de tipo de diodo zener).

• La alimentación eléctrica de la tarjeta debe de incluir un VDR (o Gemov).

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PRECAUCIÓN

MEJORA DE INMUNIDAD DE CABLES SENSIBLES

En general las señales sensibles deberían de ser transmitidas en modo diferencial (señaly retorno con dos hilos).

Mediante el funcionamiento en modo diferencial (lo que significa dos hilos: señal yretorno) utilizando componentes tales como amplificadores operacionales (o diferenciales),se consigue un elevado rechazo de perturbaciones en modo común. El acoplamientoa masa de los cables diferenciales debería limitarse a reducir la conversión de mododiferencial a modo común.

Tenga en cuenta que está prohibido conectar el apantallamiento solamenteen uno de sus extremos si la parte no conectada es accesible (seguridadeléctrica).

Si el apantallamiento se conecta solamente en uno de sus extremos, se reduce laprotección contra las perturbaciones de alta frecuencia, aunque aumenta considerable-mente la eficiencia contra las perturbaciones de baja frecuencia: el comportamiento enalta frecuencia de las pantallas de los cables conectadas sólo en uno de sus extremos,puede mejorarse conectando un condensador de unos pocos nF al extremo no conectadode la pantalla.

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OBSERVACIÓN

Un error frecuente es "recoger" el exceso de longitud de un grupo de cablesprocedentes de un conducto en una "esquina del armario" destruyendotoda separación entre familias de cables. Esto puede crear un riesgo deacoplamiento debido a un efecto de diafonía entre cables perturbadores ycables sensibles.

Protección contra las perturbaciones de baja frecuencia conectando a masa la pantalladel cable sólo en uno de sus extremos:

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2 formas de apantallamiento/puesta a masa para aplicaciones de sensores a baja frecuencia y sus aparatos.


5 REDES DE DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA

Las condiciones más favorables del neutro para la EMC son las de tipo TN-S (tierra y neutroseparados). En estas condiciones, las corrientes de fuga pasan por el neutro (trayectoriacontrolada, reduciéndose al mínimo el bucle de corriente), mientras que en el caso TN-Clas corrientes de fuga pueden pasar a través del conductor de protección PE, creándosegrandes bucles y campos magnéticos de 50 Hz (y de armónicos).

REQUISITOS DE PUESTA A TIERRA PARA LA INSTALACIÓN DE EQUIPOS DE PROCESADO SEGÚN LA NORMA IEC 60364-7-707, MOSTRANDO EL

FLUJO DE CORRIENTE EN EL CASO DE SISTEMAS DE ALIMENTACIÓN TN-S Y TN-C.

La corriente preferiblemente forma un bucle de retroceso a través de la masa de los equiposen lugar de a través del conductor PEN.

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PRECAUCIONES A TOMAR EN CONDICIONES I.T.

• Los filtros RFI instalados generan una corriente de fuga que puede provocar que eldispositivo de medida permanente de aislamiento (C.P.I., en sus siglas en inglés)indique que se ha producido un fallo. Por ello, puede ser necesario realizar un ajuste.

• Los filtros RFI deben ser específicos para la condición IT (si se produce un fallo, enlos terminales del condensador del filtro RFI aparecen tensiones compuestas, nohabiendo sido diseñados estos terminales para resistir de forma permanente dichastensiones).

CONDICIÓN IT (TIERRA AISLADA) Y EMC


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APÉNDICE

EJEMPLOS DE SISTEMAS DE CABLEADO ENCONTRADOS EN MÁQUINAS-HERRAMIENTAREALES

2

Mejor: La pantalla del cable está conectada por medio de un hilo conductor.Este hilo degrada de forma considerable la eficiencia del apantallamiento,especialmente a alta frecuencia, incluso si tiene una gran sección transversal.

1

Mejor: Utilización de una trenza de cobre plana para la conexión de la pantalladel cable. La pantalla no se continúa en su extremo sino que se la haceretroceder ligeramente para reducir sus efectos de borde. A la izquierda, laregleta de bornas ha sido integrada en una "caja metálica" para evitar lainterrupción de la pantalla del cable, utilizando pasacables metálicos paraconseguir un apantallamiento continuo.

A mejorar: Puede mejorarse la longitud de la trenza de cobre plana. Se asumeque una relación entre longitud y anchura inferior a 5 es lo máximo para laEMC. De hecho, un collarín podría haber sido más apropiado (y más eficiente).


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4

Mejor: Esta fotografía muestra el cable de un controlador de velocidad de unmotor. La pantalla del cable apantallado se conecta mediante un collarín metálicoa masa creando una importante superficie de contacto. No hay ningún cable, nidebe de haberlo, cerca del cable apantallado. Teniendo en cuenta los niveles deperturbaciones en un controlador de velocidad, un cable situado a pocos centímetrosde un cable de un controlador de velocidad de un motor (incluso estandoapantallado) puede ser considerado como electromagnéticamente “sucio”.

A mejorar: Las perturbaciones de un controlador de velocidad no deben "re-radiarse".El apantallamiento podría haber sido extendido, reduciendo al mismo tiempo losefectos de borde del collarín situado demasiado cerca del final de la pantalla.

3

Mejor: Terminación de la pantalla con un collarín metálico. Este métodoproporciona un excelente contacto entre la abrazadera metálica, la pantallay la superficie metálica “equipotencial”.

A mejorar: El collarín podría haber sido conectado más atrás del extremo dela pantalla con el fin de reducir los efectos de borde. Si el apantallamiento esnecesario para reducir las emisiones (las perturbaciones están en los cablesy no deben "escapar"), podría haber sido situado lo más cerca posible de laterminación.


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5

Mejor: Conexión de las pantallas mediante un collarín metálico creando unaimportante superficie de contacto sobre un gran plano metálico de referencia (masa).

A mejorar: Podría mejorarse la fijación, y por lo tanto, la calidad del contacto.

6

Mal: Éste es un sensor sensible a perturbaciones. El pasacables está fijadoa la caja metálica sobre una superficie con pintura bajo ella. La pantalla delcable apantallado continúa en el interior de la caja con un hilo que actúa comouna antena que cancela el efecto de apantallamiento ya que puede re-radiaruna perturbación (en este caso, las perturbaciones deben permanecer fuera,y el apantallamiento no debe entrar en la caja; el pasacables metálicoproporciona un excelente contacto periférico si en la caja existe una zonasuperficial sin pintura).

Los circuitos electrónicos no están conectados a la caja metálica.


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7

Mejor: Debido a la trenza utilizada se consigue una equipotencialidad entrelas grandes superficies metálicas. Será necesario asegurarse que haysuperficies no pintadas debajo de las bornas de conexión de la trenza. Si latrenza se utiliza también para seguridad eléctrica, debe ser marcada con loscolores "verde-amarillo" o puede utilizarse un segundo hilo aislado de colorverde-amarillo.

8

Mejor: La utilización de pasacables proporciona una excelente continuidadeléctrica entre la pantalla del cable y la masa de los equipos. Sin embargo,esta solución es cara. Las alternativas menos caras y más eficientes puedenconsistir en el uso de collarines metálicos (precaución en la instalación entodos los casos: las conexiones eléctricas no deben de ser efectuadas a travésde una capa de pintura, barniz u otra superficie anodizada).


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9

Mejor: El cable del motor (fuente de perturbaciones) está apantallado en todasu longitud (el cable no se ve). El conector del controlador de velocidad incluyeun filtro RFI, la base del cual forma un excelente contacto de superficie conla parte trasera del armario.

A mejorar: Mala separación de los cables. Algunos cables están “demasiadocerca” de los cables del motor. Pueden ser considerados como electromag-néticamente “sucios” habiendo un peligro de re-radiación de las perturbacionessi su trayectoria no es controlada.

FILTRO RFI

CABLE MOTORAPANTALLADO

10

Mejor: El apantallamiento del cable de datos se continúa mediante contactosde superficie (en vez de mediante hilos) aunque el cerramiento es de materialplástico. En la mayor parte de los casos, un cerramiento de plástico proporcionauna mala continuidad del apantallamiento.


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11

Mejor: Utilización de un collarín para puesta a masa de la pantalla del cableapantallado.

A mejorar: Es preferible utilizar el plano metálico trasero del armario directa-mente (aunque no es tan práctico), manteniendo el cableado de los conductoresde protección a distancia (estos conductores normalmente transportan un altonivel de perturbaciones) y, en general, no confundiendo la equipotencialidada baja frecuencia (asegurada por los cables aislados de color verde-amarillode seguridad eléctrica) con la equipotencialidad a alta frecuencia (aseguradapor los contactos entre las superficies metálicas y las trenzas metálicas).

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Mejor: Conexión de la pantalla del cable mediante un collarín: la pantalla nose interrumpe sino que continúa más allá del collarín y la pantalla del cablese mantiene en contacto con la estructura metálica.

A mejorar: Si el cable apantallado es un cable de potencia (con un alto nivelde perturbaciones), debe mantenerse como mínimo a unos pocos cm. de loscables próximos, en toda su longitud (el apantallamiento no es perfecto).


Mejor: Utilización de trenzas cortas y anchas para crear una equipotencialidadentre grandes estructuras metálicas. Este tipo de cableado proporciona, abajo coste, una mejora tanto en emisiones como en inmunidad, ya que utilizala estructura metálica existente.

En este caso, se garantizan los contactos eléctricos mediante la utilizaciónde extremos soldados.

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Mejor: Utilización de trenzas de cobre planas para interconexión de grandespartes metálicas (puertas y paneles no soldados). La utilización de tetonesgarantiza la continuidad eléctrica.

A mejorar: La trenza es demasiado larga. Es necesaria la identificación “verde-amarilla” si no se encuentra presente ningún otro conductor de protección.

Debe acortarse la trenza más larga escogiendo una referencia de potencialmás próxima (en este caso, la regleta para fines de seguridad eléctrica). Separarlos cables aislados de color “verde-amarillo” de las trenzas. Los cables deprotección de color “verde-amarillo” son necesarios para la seguridad eléctrica,pero no son muy eficientes para EMC (frecuentemente incluso actúan comoantenas que “reintroducen” las perturbaciones en los equipos). Las trenzas decobre planas llevan a cabo una función de protección contra las perturbacionesde alta frecuencia. Algunos fabricantes identifican a estas trenzas como “verde-amarillas” con el fin de conciliar las dos funciones (seguridad y EMC).


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Mejor: La continuidad del apantallamiento se consigue mediante collarinesbimetálicos, conectando éstos a estructuras metálicas próximas.

A mejorar: Utilizar abrazaderas metálicas más anchas y por lo tanto menosinductivas, más eficientes desde el punto de vista de la EMC. Los puntos deconexión del apantallamiento son demasiado estrechos.

Continuar la pantalla del cable apantallado más allá del collarín (los cablesnegros visibles pueden radiar a lo largo de su parte no apantallada).

Mantener todos los otros cables como mínimo a una distancia de 50 cm deesta parte no apantallada (incluyendo los cables aislados de color “verde-amarillo” - aparte del hilo verde-amarillo del interior del cable que puedetambién ser considerado como “sucio” igual que el resto de los hilos).

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Mal: Los cables no utilizados deben de ser conectados a tierra (si no estánya conectados a otra fuente de referencia). De lo contrario, actuarán comoantenas que pueden emitir o reintroducir las perturbaciones.

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Mejor: Utilización de herramientas apropiadas para conexión de la pantalla.La pantalla no queda interrumpida. Utilización de una barra metálica nobicromada (como en el fondo - de color amarillo, lo que aparentemente tieneun peor comportamiento EMC).

A mejorar: Comprobar que la barra metálica tiene un buen contacto eléctrico(contacto de superficie) con la estructura metálica circundante. Una alternativaatractiva que puede ser menos cara es "atrapar" el apantallamiento entre dosbarras (normalmente a la entrada del armario sobre una chapa horizontal) dematerial no aislado y buen conductor (en otras palabras, no anodizado, nopintado y no bicromado).

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Mal: La pantalla del cable es continuada mediante un hilo aislado “verde-amarillo”, incluso de gran sección transversal. Con este método el comporta-miento del apantallamiento a alta frecuencia es peor.


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Aceptable: La utilización de “guías aisladas para cables” no es tan eficientecomo la utilización de chapas macizas (normalmente zincadas y no pintadas,etc.) aunque este tipo de guías es ampliamente aceptado para cableado derelés. Debe tenerse en cuenta que los relés deben de disponer de un desaco-plamiento RFI (ej. conexión de redes amortiguadoras RC -"snubbers"- a loselementos de conmutación), especialmente si conmutan frecuentemente (seríaposible considerar la no instalación de redes de desacoplamiento si la tasa deconmutación es de una vez cada 5 minutos o menos frecuente, pero en todocaso los cables deben de ser tendidos próximos a estructuras metálicas, etc.).

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Mejor: Esta trenza sería inútil si no hubiera una superficie no pintada bajoella. Las trenzas utilizadas deben ser cortas y anchas (relación entre la longitudy la anchura inferior a 5). Debe tenerse cuidado con los problemas de corrosión.Esta es la razón por la que se usan preferentemente chapas zincadas (aunqueson menos estéticas). La utilización de grandes estructuras metálicas en lamáquina-herramienta proporciona una eficiente protección contra emisionesa un coste relativamente bajo. Las trenzas pueden ser sustituidas sin pérdidaalguna del rendimiento por flejes metálicos de las mismas dimensiones,siempre que se garanticen las superficies de contacto.

¡Recuerde proteger la superficie no pintada contra la corrosión!


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A mejorar: La salida del cable cerca de la parte superior del armario es unaantena más efectiva que cuando la salida del cable es por la parte inferior.De lo contrario, deberá instalarse por lo menos un conducto metálico conectadoal armario para introducir los cables de alimentación eléctrica.

En lo que se refiere a la EMC, incluso un cable de gran sección no es nuncatan efectivo como una trenza metálica corta y ancha (siendo la finalidad conseguiruna buena equipotencialidad de las estructuras incluso a alta frecuencia). Deforma similar, las zonas no pintadas en puntos juiciosamente seleccionadospueden mejorar el comportamiento EMC (en cuanto a inmunidad y también encuanto a emisiones) de una estructura metálica maciza, a bajo coste ya quetodo esto es necesario para conectar las grandes superficies entre sí.

PARTE SUPERIORDEL ARMARIO

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DOS FOTOGRAFÍAS QUE MUESTRAN CONDUCTOS METÁLICOS DE CABLES CONECTADOS A MASA.


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Mal: Los contactos “pintados” no pueden proporcionar un buen contacto paraalta frecuencia, por lo que la equipotencialidad es incierta.

De forma similar, los cables no son tan buenos como una trenza metálica quetiene mucha menor impedancia de alta frecuencia, incluso cuando los cablestienen una gran sección transversal.


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Mal: La pantalla del cable se conecta mediante un “pigtail”.

Solución: Conectar la pantalla del cable apantallado a 10 cm del extremo delcable pelando el aislamiento del cable 2 cm. Utilizar un collarín metálico parafijar firmemente la pantalla a la chapa equipotencial (la cual está ya conectadaal resto de la máquina).


GUÍA PRÁCTICA DE COMPA-TIBILIDAD MAGNÉTICA PARADISEÑO E INSTALACIÓN DEMÁQUINAS-HERRAMIENTA

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