Sistemas de conexión y cables apantallados con protección EMC en aplicaciones industriales

¿Por qué es tan importante la protección frente a las EMC?

Hoy en día es difícil encontrar un producto o una planta industrial sin una tecnología de cableado moderna. En muy común hablar de la Industria 4.0, Big Data y de procesos totalmente automatizados.

Partes de estos procesos se gestionan o controlan mediante variadores de frecuencia, transformadores, switches y dispositivos de comunicación. Sin embargo, estos procesos pueden tener riesgos de averías. Se requiere precisión y la selección de los componentes adecuados para que la máquina funcione sin problemas.

El objetivo es garantizar que todos los procesos funcionen sin problemas y sin errores. Lo que en el mejor de los casos puede ser una interferencia en nuestra radio, bajo ciertas circunstancias, puede tener consecuencias mucho peores como un fallo del sistema en una aplicación de tecnología médica.

Esta es la razón por la que se requiere una seguridad cada vez mayor contra las interferencias electromagnéticas en entornos industriales. La llamada compatibilidad electromagnética (CEM) o EMC.

¿Cómo funcionan las EMC?

Una perturbación electromagnética siempre se origina en una fuente de interferencia. Puede ser un equipo que transporta una gran corriente, como un motor con variador de frecuencia o un cable eléctrico. La fuente de interferencia se opone a un equipo perturbador, el llamado receptor de interferencia. El receptor puede ser, por ejemplo, un sensor o un cable de datos.

El mecanismo de acoplamiento provoca la interferencia y se diferencian en cuatro tipos de acoplamientos diferentes:

Imagen EMC
  • Acoplamiento galvánico o conductivo
    La fuente de interferencia y el receptor de interferencia están conectados, por ejemplo, mediante un conductor de puesta a tierra común. Una corriente de interferencia a través del conductor de tierra común provoca interferencias electromagnéticas.
  • Acoplamiento capacitivo
    La fuente y el receptor están cerca el uno del otro, pero no están conectados físicamente. En el acoplamiento capacitivo, la interferencia electromagnética (EMI) es causada por el campo eléctrico.
  • Acoplamiento inductivo
    En el acoplamiento inductivo, la fuente y el receptor están cerca el uno del otro, pero no conectados. Aquí, sin embargo, la interferencia es causada por el campo magnético.
  • Acoplamiento radiado 
    El acoplamiento radiado suele ocurrir cuando la fuente y el receptor están alejados entre sí, y los conductores actúan como antenas, provocando la interferencia por radiación electromagnética.

¿Qué es la Directiva EMC?

En la Directiva EMC 2014/30 / EU, Artículo 3, la compatibilidad electromagnética se define como:

"[...] la capacidad de un equipo para funcionar satisfactoriamente en su entorno electromagnético sin causar perturbaciones electromagnéticas (EMI) que serían inaceptables para otros equipos presentes en su entorno".

Según esta definición, EMC tiene dos aspectos principales:

  • El equipo no debe causar interferencias electromagnéticas.
  • El equipo no debe ser perturbado electromagnéticamente por su entorno.

¿Cómo se mide la protección frente a las EMC?

La protección frente a las EMC se puede medir de dos formas: mediante la llamada impedancia de transferencia [mΩ/m] o también mediante la efectividad del apantallamiento [dB]. La impedancia de transferencia de los cables se suele medir a una frecuencia definida de 30 MHz. Sin embargo, para frecuencias por encima de 50 MHz, se utiliza la eficacia de apantallado.


La impedancia de transferencia y la efectividad del apantallado son valores que no se pueden calcular con ninguna fórmula y hay que ensayarlos. Para ellos hay que consultar los métodos definidos en la norma EN 50289-1-6.

¿Qué significa la ley EMC para los cables y los conectores?

Los cables y conectores, según la definición en la ley de compatibilidad electromagnética, son "componentes sin función directa". Por lo que no están cubiertos por la Directiva EMC 2014/30 / EU y, por lo tanto, no reciben un marcaje CE con respecto a la Directiva EMC.

El marcaje CE que si encontrará en los productos LAPP se refieren, entre otras cosas, a las pruebas de conformidad CE según la Directiva de baja tensión, RoHS y CPR.

Requisitos normativos para la protección EMC en cables y conectores

Los cables y conectores se mencionan muy por encima en la Directiva EMC. Por lo tanto, para estos componentes a menudo se aplican requisitos EMC especiales y principalmente normativos, como la norma de diseño DIN EN 50525-2-51: 2012.

Esta norma requiere una prueba del cumplimiento de una eficiencia mínima de la pantalla de cobre para el diseño de la pantalla de los cables. Esta eficiencia se asigna a través de la impedancia de transferencia mencionada anteriormente. Normativamente, las versiones apantalladas se designan con el identificador H05VVC4V5-K. Encontrará los siguientes cables en la cartera de productos LAPP:

¿Cuándo se deben utilizar cables apantallados?

Donde quiera que se utilicen motores eléctricos, switches y cables para la transmisión de energía, ya que estos causan interferencias electromagnéticas. La EMI puede tener una influencia negativa en los cables de datos, sensores, comunicaciones y equipos similares.

Por ello, en todas estas áreas propensas a interferencias deben realizarse la instalación con cables de alimentación y control o también en con cables de datos con protección electromagnética mediante pantallas.

¿Cómo se fabrican los cables apantallados de potencia y control?

En principio, existen cuatro tipos diferentes de pantalla para cables de alimentación y control. Tres de estos tipos de pantalla son especialmente adecuados para su uso con protección EMC:

  • Pantalla de trenza de cobre estañado
    Un método común de apantallamiento de un cable es la pantalla de trenzado de cobre estañado entre los núcleos y la cubierta exterior. Con un grado de cobertura de alrededor del 80%, la trenza de cobre estañado forma una barrera eficaz contra los campos electromagnéticos. Dichos cables pueden identificarse con la abreviatura "C" en la designación del producto LAPP, p. Ej. ÖLFLEX® CLASSIC 110 CY o ÖLFLEX® SERVO 719 CY. Los apantallamientos de cobre se pueden trenzar de diferentes formas, siendo uno de los parámetros decisivos el ángulo del trenzado. En aplicaciones altamente dinámicas, como colocar el cable en una cadena portacables, el alambre de cobre se coloca en un ángulo más pronunciado alrededor de los núcleos para que dé un giro completo de 360 ​​grados alrededor de los núcleos en una distancia más corta. Para los cables robóticos que deben soportar millones de torsiones, las trenzas no son ideales porque se desarrollan huecos y se romperían con el paso del tiempo.

  • Pantalla de alambres de cobre estañado
    Para cables en aplicaciones móviles como en robótica, donde la pantalla debe resistir la torsión, a menudo se usa una envoltura de cables de alambres de cobre estañado. Dado que los hilos de cobre están todos dispuestos en paralelo, no hay problemas con la torsión del cable. Por otro lado, la protección contra las interferencias electromagnéticas suele menos eficiente, ya que los hilos de la pantalla no se superponen. Dichos cables pueden reconocerse por la abreviatura "D" en la designación del producto LAPP, p. Ej. ÖLFLEX® ROBOT 900 DP.

  • Lámina de aluminio
    Los conductores individuales o todos los conductores del cable se pueden envolver con lámina de aluminio. El apantallamiento de lámina protege los cables, especialmente a frecuencias más altas. Los cables suelen tener varios tipos de pantalla, p. Ej. ÖLFLEX® SERVO 2XSLCH-JB con lámina de aluminio y trenzado de hilos de cobre estañado.

¿Cómo se construyen los cables de comunicación apantallados?

Ejemplo de un cable de datos apantallado EMC.

Ejemplo de un cable de datos apantallado EMC.

En principio, se utilizan los mismos tipos de pantallas para los cables de comunicación que para los cables de alimentación y de control, aunque normalmente se utilizan abreviaturas diferentes en las designaciones de productos para cables de datos con protección EMC:

Pantalla de trenzado de cobre         „S“ (Screened)
Lamina de aluminio                          „F“ (Foiled)

 

 

 

Además, hay dos características especiales para los cables de datos con respecto al tipo de pantallas para la protección EMC:

 

  • Sin pantalla (Unshielded)
    Los cables de datos suelen estar siempre apantallados. Para ciertas áreas de aplicación para la transmisión de señales, existen cables de datos no apantallados especialmente marcados con la abreviatura "U" (unscreened), como el cable Cat.6 ETHERLINE® LAN Cat.6 U / UTP 4x2xAWG24 LSZH o el Cat.5e Cable Ethernet ETHERLINE® LAN Cat.5e SF / UTP 4x2xAWG24 o nuestros cables UNITRONIC® BUS ASI para sistemas los buses de campo.

  • Par trenzado (Twisted pair)
    Otro tipo de cable de datos es el llamado cable de par trenzado. El par trenzado asegura que los efectos negativos posibles ruidos se cancelen entre sí. Estos cables se pueden reconocer por la abreviatura "TP" (twisted pair). Por ejemplo, el cable ETHERLINE® Cat 6a H 4x2xAWG22/1 SF/UTP se describe de la siguiente manera: apantallado más lámina de aluminio/pares trenzados sin apantallar.

¿Cómo se pueden conectar los cables de forma adecuada según las EMC?

¿Sabía que la pantalla no tiene ningún efecto si no está conectada a tierra? La resistencia eléctrica entre la pantalla y el potencial de tierra debe ser lo más baja posible. Esto requiere la mayor área de contacto posible. Una trenza de cobre que se retuerce "coleta" (pigtail), si solo se fija en un punto de la carcasa del conector mediante unos pocos cables, genera una alta impedancia en una distancia corta, que es un tipo de instalación poco eficiente. Por tanto, este tipo de puesta a tierra es de los menos recomendados.

En la instalación del cable con el prensaestopas, la pantalla debe estar en contacto alrededor del mismo en toda su superficie y sin espacios. Solo entonces la carcasa del conector puede actuar como una jaula de Faraday y mantener de manera segura las señales de interferencia del exterior. También es importante que este contacto de la pantalla esté conectado al potencial de tierra.

Nuestros prensaestopas LAPP, como el SKINDICHT® SHVE-M, le proporcionan un contacto de pantalla de 360 ​​grados con una baja resistencia que incluye alivio de tensión y, por lo tanto, un alto grado de protección como prensaestopas de conexión a tierra. Con sus propiedades, los prensaestopas SKINDICHT® son especialmente adecuados en entornos con fuertes vibraciones.

Para cables flexibles de diferentes diámetros, los prensaestopas de la serie SKINTOP® son los más adecuados. Estos se caracterizan por un montaje rápido y sencillo, así como por tener un amplio rango de sujeción. Con el SKINTOP® MS-SC-M, se establece un contacto altamente conductor y de baja impedancia con la pantalla del cable.

Para mayores posibilidades en el montaje, el prensaestopas SKINTOP® MS-M BRUSH es adecuado gracias a sus miles de cerdas de cepillo dispuestos de forma anular. El amplio rango de sujeción hace que el montaje y el desmontaje sean más fáciles y rápidos. En una sola operación, el cable se centra, se fija, se libera de tensión y se sella herméticamente. Las corrientes inducidas por señales de interferencia externas se disipan de manera eficiente a través del apantallado del cepillo circular de 360 ​​grados y de alta conductividad. Esto es especialmente importante para la transmisión de señales sensibles. El área de contacto entre la trenza de la pantalla del cable y el inserto de cepillo del prensaestopas es una de las mejores opciones de instalación.

Si instalan cables a través de carcasas pintadas o con recubrimiento en polvo, el SKINDICHT® SM-PE-M con sus bordes cortantes le ofrece un contacto óptimo al cortar la capa aislante de la carcasa durante el atornillado.

¿Por qué son importantes los conectores para la protección frente a las EMC?

Los sistemas de conectores de LAPP tienen la ventaja de que utilizan todos los tipos de conexión de pantalla antes mencionados. Muy a menudo, los prensaestopas EMC ya están integrados en el conector, ofrecen la posibilidad de conectar un conducto de protección y permiten el contacto de la pantalla del cable con el propio conector o puesta a tierra del sistema de conectores.

La carcasa estándar está recubierta de polvo con un sello no conductor entre las partes de la carcasa, aislándolas entre sí. Los conectores EPIC® EMC cuentan con un apantallamiento de 360 ​​grados y una conexión de la pantalla a prueba de vibraciones. Los conectores EMC pueden reconocerse por su superficie conductora metálica, en su mayoría niquelada. Las juntas están diseñadas de tal manera que las dos partes de la carcasa, que están presionadas o atornilladas entre sí, hacen un contacto de partes metálicas de baja resistencia. El mismo principio se aplica tanto al prensaestopas como a la pared de montaje.

Los conectores rectangulares tienen un casquillo de tipo cepillo integrado. Por lo tanto, el EPIC® ULTRA H-A3 y el EPIC® ULTRA H-B6-24 son fáciles de instalar y están diseñados para un amplio rango de sujeción de cables con cables blindados.

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Conectores EPIC® ULTRA

 

Si, por otro lado, necesita un diseño que ahorre espacio, por ejemplo, para su uso en servomotores y actuadores, le recomendamos los conectores circulares POWER y SIGNAL de LAPP. Están equipados con un prensaestopas EMC especialmente adaptado para cables de datos y servo.

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Para conexiones a prueba de vibraciones a la fuente de alimentación, los conectores circulares EPIC® POWER M17, EPIC® POWER LS1, EPIC® POWER LS1.5 o EPIC® POWER LS3 con prensaestopas EMC integrado son especialmente adecuados para estas aplicaciones

 

Para cables de sensor, Fieldbus, resolver y encoder, LAPP le ofrece, por ejemplo, los conectores EPIC® SIGNAL M17 o EPIC® SIGNAL M23.

 

 

¿Cómo se pueden proteger posteriormente los cables no apantallados frente a las EMC?

Si el cambio de un cable sin pantalla en el sistema no es posible, o si los cables solo tienen que estar apantallados en secciones parciales de la aplicación existen otras soluciones. Para estos casos, LAPP le ofrece el SHIELD-KON®, un conector de pantalla de dos partes para conectar una trenza de cobre a una pared de la carcasa o un contacto para pasar por la pantalla del cable.

¿Cómo se puede mejorar adicionalmente la aplicación frente a las EMC?

Para un efecto de apantallamiento óptimo, los cables pueden estar provistos de una doble pantalla o ser instalados en un tubo de cobre o acero. Desde el punto de vista de las EMC, estos apantallamientos son completamente herméticos. Para ello, desde LAPP y su gama SILVYN® le ofrece una protección EMC óptima. El tubo de protección SILVYN® EMC AS-CU de la marca de productos SILVYN® es un conducto de protección de metal con trenzado de cobre y, por lo tanto, es adecuado para entornos particularmente hostiles con altos requisitos electromagnéticos. Con los prensaestopas SILVYN® MSK-M BRUSH con protección EMC y alivio de tensión integrado, completa su sistema de apantallamiento EMC.

¿Existen cables de alimentación, control y datos preconfeccionados con apantallado EMC?

La EMC deficientes son a menudo por causas en los errores del montaje. En la industria, es una práctica común comprar cables y conectores por separado y solo conectarlos cuando están instalados en la máquina o aplicación industrial, es decir realizando un ensamblaje.

La mayor flexibilidad se compensa con varias desventajas: la calidad de la mano de obra a menudo deja mucho que desear, por ejemplo, porque el técnico corta demasiado profundo y daña el aislamiento del conductor, o solo conecta la pantalla a la carcasa del conector en ciertos puntos y, por lo tanto, provoca problemas de EMC.

Por lo tanto, la tendencia es hacia cables conectorizados, que en LAPP ofrecemos con el nombre de ÖLFLEX® CONNECT. El cable y el conector ya están conectados desde fábrica, los clientes incluso reciben cadenas portacables completamente equipadas con cables y conectores, y LAPP también se encarga de la ingeniería de diseño. De este modo, el cliente tiene la garantía de recibir siempre soluciones con la calidad adecuada.