mejores practicas de cableado en instrumentacion - josé danny alarcón saldaña

8/18/2019 Mejores Practicas de Cableado en Instrumentacion - José Danny Alarcón Saldaña

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Mejores Prácticas deCableado en

Instrumentación

a e onoc m en o

Instrumentación y Control

Lima, 23-Jun-10 José Danny Alarcón Saldaña


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INTRODUCCIÓN

ComponentesInstalación de

Sistema de

control

SISTEMA DE

componentes DE PROCESO

control

Instalación eléctrica

y conectividad

Ruteo de cablesInfluencias externas

Cableado

Aterramiento(ruido/interferencia)


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INTRODUCCIÓN

- NFPA 70 “National Electrical Code”

- IEEE 518 “IEEE Guide for the installation of Electrical Equipment

to Minimize Electrical Noise Inputs to Controllers from ExternalSources”

“ ”-

- PIP PCCEL001 “Instrumentation electrical requirements”

-


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CLASES DE CIRCUITOS

Según la NFPA 70 artículo 725 los circuitos de instrumentación y

control entranen la denominación:

“ Class 1, Class 2, and Class 3 Remote-Control, Signaling, and

”-

‘

sobre corriente o una fuente de poder limitada y todo el equipo

conectado’


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CLASES DE CIRCUITOS

Circuit Breaker PLC

Class 1, Class 2, and Class 3

Remote-Control, Signaling,an ower- m e rcu s

Pressure

transmitter


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CLASES DE CIRCUITOS

Clase 1

Cableadoentre ladodecargadedispositivodeproteccióno fuentede

energía limitaday equipos conectados.

Clase 2


energía limitada Clase 2 y equipos conectados. Un circuito clase 2

protección aceptable frente a descargas eléctricas.


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CLASES DE CIRCUITOS

Clase 3


energía limitada Clase 3 y equipos conectados. Un circuito clase 3

considera condiciones de seguridad ante inicio de fuego. Debido a

ue son ermitidos ma ores niveles de volta e corriente res ecto a

los circuitos Clase 2, se especifican mayores mecanismos de

protecciónfrente aposibles descargas eléctricas.


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CLASES DE CIRCUITOS


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CLASES DE CIRCUITOS

- La mayoría de señales de instrumentación pertenecen a los

circuitos Clase 2, excepto por los circuitos en 120 Vac y 110 Vdc.

QuesonClase1.

- Señales en 120 Vac 110 Vdc serán Clase 3 solo si la fuente de

energíaes Clase3, denoserloseclasificacomoClase1.

- ,

evitar problemas de clasificación, lo cual no es muy efectivo en

costos peroes mas seguro.


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CLASES DE CIRCUITOS

¿Comodifiereel cableadoparacircuitos dediferentes clases?

- El aislamiento del cable se elige en base al voltaje indicado por la

clase.

- Encasodezonas clasificadas, comoplantas deOil &Gas, NFPA70

indicarequerimientos adicionalesa losdeaislamiento.

- Para estos casos se debe utilizar cables especiales con rotulado

especial paraestos lazos.


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CLASES DE CIRCUITOS


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RUIDO E INTERFERENCIA

Los instrumentos digitalesmodernos han mostrado ser mas sensibles

al ruido e interferencia comparados a los antiguos instrumentos

análogos.

Digital pressure sensor

Analo ressure

Analog vs Digital

instrument signals in noisy ambient

sensor


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RUIDO E INTERFERENCIA

Los sistemas de control moderno (multilazo, basados en uP)

muestran mayor sensibilidad a cualquier distorsión en su señal de

entrada, comparado con los lazos de control de los antiguos

controladores.

Digital

Analog

controller


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ACOPLAMIENTO MAGNÉTICO

-Acoplamiento inductivo. Seexplicamediante:

× Ley de Ampere (una corriente eléctrica genera un campo

magnéticoasualrededor) y

× Ley de Faraday (el voltaje inducido en un circuito es

ro orcional a la razón de cambio del fluo ma nético ue lo

atraviesa)

-

mutua entre el circuitode control y el circuito fuentede la corrientede

interferencia.

-Se presenta cuando varios cables de distintos circuitos viajan juntos

de forma aralelaenel mismocable oconducto.


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ACOPLAMIENTO MAGNÉTICO

dt

dIMV 1

12 N =


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ACOPLAMIENTO CAPACITIVO

-Se produce por el efectodel campo eléctrico de un circuito fuentede

interferencia y uncircuitodecontrol.

-Influye la frecuencia de cambio del voltaje de interferencia, la

roximidad la lon itudde los cables l >1000 ft

-Lamagnitudde la interferenciaes proporcional a la capacitancia total.

-Este fenomeno suele verse en circuitos (switching) AC paralelos.

Tambienrecibeel nombrede ‘Capacitancia distribuida’.


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ACOPLAMIENTO CAPACITIVO

-2

-1

0

0,00001 0,001 0,1 10 1000 100000 10000000 1E+09 1E+11

-6

-5

-4

-3

-8

-


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ACOPL. ELECTROMAGNÉTICO

-Sucede cuando los circuitos de control atraviesan zonas de

influencia de fuentesdeenergía electromagnética.

-Serequiereseñales dealtas frecuencias (f >20MHz)

-Los cables actuan como antenas ara lon itudes al menos del 5

de la longituddeonda)

- ,

television, equipos de comunicación, motores AC, y lineas de

transmisiónexpuestas.

-Según la IEEE-518, los voltajes inducidos por este acoplamiento se

denominan “de efecto róximo” near-field effects or ue la

interferencia seproducecercaa la fuente.


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ACOPL. IMPEDANCIA COMÚN

-Sucede cuando más de un circuito ‘comparte’ cableado común (p.e.

el cable ‘común’ usado para dispositivos de campo como solenoides,

relays, etc).

-También se resenta al consolidar los ‘comunes’ de los abinetes de

PLCoDCSenunsolocable.

- .


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ACOPL. IMPEDANCIA COMÚN

Los cables para cada

dispositivo deben

No se debe usar un

cables comunes a

viajar independientes varios dispositivos


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MODO COMÚN

-Agregaunmismovoltaje ados terminales conpotencial.

-Su causa principal es la existencia de diferentes potenciales de

‘Tierra’ envarios lugares deuna instalación.

-Aparece aún si los instrumentos o módulos de entrada tienen una

alto rechazoal modocomún.

-También se produce al no conectar correctamente los

apantallamientos oconectarlos enmás deunpunto.

-Este efecto se aprecia especialmente en lazos de termocuplas tipo

rounded.


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MODO COMÚN


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INTERFERENCIAS


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REDUC. DE INTERFERENCIAS

-Nosiemprees posible laeliminaciónde todoel ruido.

-Se pueden usar ciertas técnicas para lograr una reducción

significativa, las quepuedenser :

- Construccióndel cable.

- Clasificacióndeseñales enniveles desusceptibilidad.-

- Separacióndeseñales

-Aterramiento correcto


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CONSTRUCCIÓN DEL CABLE

-Para señales analógicas de 4-20 mA, termocupla mili volts, RTD,

celdas de carga y pulso, se recomiendan usar triadas o pares

trenzados apantallados.

-Lacubiertadel apantallamiento debeser del 100”%-Para señales discretas finales de carrera rela s solenoides luces

indicadoras, etc) sepuedenutilizar pares trenzados.

-Un apantallamiento total para los cables multi-par/triada sería muy.

-Los cables de drenaje o apantallamiento deben ser cortados en el

lado de campo y ser aterrados en el panel donde se conecta a otro

equipo.-Los cables dedrenaje y apantallamientos paravarios lazos nodeben

tocarsenuncaen lascaas deconexióno anel.


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NIVEL DE SUSCEPTIBILIDAD

-En base a la clasificación en 4 grupos por la IEEE-518 se proponen

lossiguientes nivelesdesusceptibilidad.

Nivel 1Sensibilidad de media a altacon señales análogas de menores a 50V

,

- FoundationFieldbus

- 4-20mAyHART- RTD

- Termocuplas

- Milivolt / ulse

- Señales discretas (finales decarrera, presostatos)- Cableadodecomponentes analógicos (p.e.celdas decarga)


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NIVEL DE SUSCEPTIBILIDAD

Nivel 2

Baja susceptibilidad con señales on-off mayores a 30 V, señales

análogas mayores a 50 V alimentaciones de 120-240 Vac para

menos de20A, algunos casos son:- Señales discretas enDC finales decarrera resostatos

- Señales discretas enAC(finales decarrera, presostatos)

-Alimentaciones en120-240Vac menores a20A.

Nivel 3

Alimentación de energía en buses AC y DC de 0 - 1000 V para 20 -

800 .


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SEPARACIÓN


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SEGREGACIÓN DE SEÑALES

-Cada señal identificada dentro de cada nivel de susceptibilidad debe

ser y debeser transmitidaencables dedicados y cajas deconexiones

dedicadas.

-Los señales dentro un nivel ueden viaar en el misma canalización

perocada tipodeseñal debe tener supropiocable.

-

propios cables, cajas de conexiones y paneles de conexión

(marshalling box), y ser segregadas de acuerdo a la clasificación de

niveles.


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ATERRAMIENTO

Uncorrectoaterramientoprotegeaunsistemade:

- Sobrecargas

- Fluctuaciones devoltaje

- Descargas atmosféricas- Cortocircuito

Además, un correcto aterramiento ayuda a mitigar las interferencias y

baja resistencia paracorrientes yvoltajes nodeseados.

Los aterramientos para instrumentación se deben verificar, planear evaluar, pudiendo seguir el siguiente esquema: Aterramiento en

cam o cableadode interconexión aterramientoensala decontrol.


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ATERRAMIENTO

AterramientoenCampoeInterconexión

Los encerramientos de cada instrumento se conectarán a la malla a

tierrade laplantaoaunaestructuraqueesteconectadaaesta.

Las canalizaciones bandeas conduits serán aterradas en sus

extremos.

paso o de conexión deben ser protegidas de entrar en contacto con

otras.

En el panel de conexión el cable de drenaje o apantallamiento se

conectarána labarradeseñales DC a antallamientos.


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ATERRAMIENTO

AterramientoenSaladecontrol

Los paneles deconexióndeberán tener 2barras a tierra:

- ‘BarraAC’

- ‘BarraDC&Apantallamiento’ (aisladadeestructuradepanel)

Todos los apantallamientos deben ser aterrados en la barra aislada,

este aterramiento se realiza generalmente solo en el panel de

, .

La barras DC de cada tablero se unirán en una sola barra de

instrumentaciónde la planta.

Del mismo modo las barras AC se unificarán en una sola barra. Al

final las dos barras, ACyDC, seconectarána lamallade laplanta


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ATERRAMIENTO


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CABLEADO

BarradeTierraAC


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CABLEADO

BarradeTierraAC


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CABLEADO

Cable protegido Cable desprotegido


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CABLEADO

Cableado desordenado


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CABLEADO

Cableado ordenado

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