Scarica il nostro Catalogo prodotti 2025 per disegni dettagliati e parametri tecnici di tutti i componenti dei quadri elettrici.
Richiedi il catalogo Scarica il nostro Catalogo prodotti 2025 per disegni dettagliati e parametri tecnici di tutti i componenti dei quadri elettrici.
Richiedi il catalogo
I guasti di compatibilità elettromagnetica (EMC) nel cablaggio di controllo causano falsi interventi che bloccano la produzione, frustrano gli operatori ed erodono la fiducia nei sistemi di protezione. Un interruttore a vuoto si apre inaspettatamente, ma il relè non registra alcun guasto. Il colpevole è invisibile: l'interferenza elettromagnetica (EMI) che inietta disturbi nei circuiti di controllo a bassa tensione. Questa guida spiega la fisica dell'accoppiamento EMI e fornisce tecniche pratiche di soppressione, messa a terra e instradamento collaudate in oltre 60 installazioni di quadri di media tensione.
Il rumore del cablaggio di controllo si riferisce a disturbi elettrici indesiderati che danneggiano i segnali a bassa tensione, innescando falsi interventi, allarmi fastidiosi e malfunzionamenti delle apparecchiature. L'EMC comprende i principi che consentono ai dispositivi di funzionare senza interferenze da parte di apparecchiature adiacenti o senza causarne.
La fisica delle EMI prevede tre meccanismi di accoppiamento:
Secondo la norma IEC 61000-4-4 (Immunità ai transitori veloci/burst elettrici), le apparecchiature di controllo industriale devono resistere a disturbi transitori fino a 4 kV sulle porte di segnale e di potenza in ambienti difficili. Le misurazioni sul campo nelle sottostazioni minerarie rivelano ampiezze di rumore che raggiungono i 2-5 V di picco sui cavi di controllo non schermati instradati parallelamente ai conduttori di uscita dei VFD, superando di gran lunga le soglie di sensibilità di 50-100 mV dei moderni relè di protezione.
Sorgenti di rumore in sistemi di controllo degli interruttori in vuoto includono transitori di commutazione con tempi di salita inferiori a 5 ns, oscillazioni indotte dall'arco del contattore a 1-10 MHz e rumore di modo comune del VFD a frequenze portanti comprese tra 2-16 kHz.
Tre sorgenti EMI primarie dominano gli ambienti industriali. L'identificazione di ciascuna di esse è essenziale prima di scegliere le strategie di soppressione.
Transienti di commutazione
Quando gli interruttori, i contattori o i relè entrano in funzione, generano transitori di tensione ad alta frequenza che si propagano nel cablaggio di controllo attraverso percorsi condotti e irradiati. Durante la commutazione dei contattori, le tensioni transitorie possono raggiungere i 2.500 V con tempi di salita inferiori a 5 ns. Questi transitori veloci si accoppiano in modo capacitivo ai cavi di controllo adiacenti, creando disturbi di modo comune che innescano operazioni di relè spurie.
Emissioni del convertitore di frequenza variabile
I VFD generano EMI a banda larga attraverso la commutazione PWM, in genere a frequenze portanti comprese tra 2 e 16 kHz. Il contenuto armonico risultante si estende fino alla gamma dei MHz. I test condotti negli impianti di produzione hanno dimostrato che i cavi di controllo non schermati posati a meno di 300 mm dai conduttori di uscita dei VFD presentano livelli di rumore indotto superiori a 50 mV, sufficienti a causare letture errate degli ingressi dei PLC e false operazioni di protezione.
Le fonti di rumore più comuni nelle installazioni di quadri elettrici includono:
Carico induttivo Back-EMF
Gli avviatori di motori, le elettrovalvole e i trasformatori ausiliari creano picchi di back-EMF durante la diseccitazione. Senza soppressione, le bobine dei relè a 24 V CC possono generare transitori che superano i 500 V di picco. Questi picchi si propagano attraverso i percorsi di terra condivisi e i binari di alimentazione, influenzando i circuiti di controllo sensibili in tutta l'installazione.
[Expert Insight: Osservazioni sul campo sulla gravità del rumore].
- Le installazioni in prossimità di forni ad arco o di azionamenti di motori di grandi dimensioni richiedono misure EMC potenziate: aspettatevi un rumore indotto 3-5 volte superiore rispetto ai tipici ambienti industriali.
- I cavi di controllo che fungono da antenne involontarie mostrano un accoppiamento notevolmente aumentato quando le lunghezze si avvicinano a multipli di un quarto di lunghezza delle frequenze di interferenza.
- Aumenti del potenziale di terra di 50-200 V durante le condizioni di guasto possono danneggiare gli optoaccoppiatori con isolamento di 1 kV.
I dispositivi di soppressione costituiscono il primo livello di difesa contro i falsi interventi indotti dalle EMI. Tre tipi di soppressori svolgono funzioni distinte protezione della bobina del contattore a vuoto e circuiti di relè.
Confronto tra i soppressori
| Tipo di soppressore | Tempo di risposta | Gestione dell'energia | Migliore applicazione |
|---|---|---|---|
| Varistore all'ossido di metallo (MOV) | ~25 ns | Alto (joule) | Protezione bobina di sgancio/chiusura |
| Diodo TVS | <1 ns | Medio-basso | Ingressi sensibili a relè, porte IED |
| Snubber RC | N/A (passivo) | Continuo | Attraverso le bobine induttive per smorzare il ringing |
Dimensionamento dello snubber RC per bobine di sgancio a 220 VDC
La formula di dimensionamento C ≈ I²/(10 × V) fornisce valori tipici di un condensatore a film da 0,1 µF più una resistenza da 100 Ω (minimo 2 W). La tensione nominale del condensatore deve superare 1,5× l'alimentazione, con un minimo di 330 Vc.c. per i circuiti a 220 Vc.c..
Regole di posizionamento
Installare soppressori direttamente su ogni carico induttivo: bobine di sgancio, bobine di chiusura, relè ausiliari. Aggiungere una protezione secondaria al punto di ingresso del cavo dello scomparto relè. Non installare mai soppressori solo all'estremità dell'alimentazione: il cavo tra l'alimentazione e il carico agisce come un'antenna, captando le interferenze dopo il soppressore.
Una messa a terra adeguata elimina l'accoppiamento a impedenza comune che crea loop di massa, causa principale di falsi interventi persistenti.
Perché la messa a terra a margherita fallisce
I collegamenti multipli a terra creano loop. Le correnti circolanti durante i transitori inducono tensioni differenziali sui circuiti di controllo. Il sintomo: falsi interventi intermittenti correlati alle operazioni del feeder adiacente, ma mai rilevati dai registratori di guasti.
Implementazione della messa a terra a un punto (stella)
Migliori pratiche per la cessazione dello scudo
Per una connessione ottimale dello schermo, utilizzare pressacavi EMC a 360° con contatto a ghiera. Se i pressacavi non sono disponibili, la lunghezza del pigtail deve essere inferiore a 30 mm. Non utilizzare mai lo schermo come conduttore di ritorno del segnale.
Connessione della barra di terra alla rete principale
Utilizzare una treccia flessibile in rame stagnato ≥16 mm² di lunghezza inferiore a 300 mm. Alle alte frequenze, l'induttanza è più importante della resistenza. Collegare alla rete di terra del quadro, non all'acciaio strutturale casuale.
[Approfondimento dell'esperto: Errori di messa a terra che si ripetono].
- I pigtail di schermatura superiori a 150 mm compromettono l'efficacia della schermatura al di sopra di 1 MHz
- Il collegamento del negativo CC a PE in più punti crea loop di massa che amplificano il rumore a 50/60 Hz.
- Le connessioni a treccia flessibile si corrodono in ambienti umidi: specificare rame stagnato e ispezionare annualmente.
- La posizione della barra di terra è importante: montarla entro 200 mm dall'ingresso del cavo per ridurre al minimo l'induttanza dei conduttori.
La separazione fisica tra i conduttori di potenza e di controllo impedisce l'accoppiamento capacitivo e induttivo alla sorgente, spesso più efficace della soppressione a posteriori.
Distanze minime di separazione
Mantenere una distanza di almeno 100 mm tra i cavi di controllo e di alimentazione in ambienti standard. In prossimità dei cavi di uscita VFD, aumentare la separazione a un minimo di 300 mm a causa del contenuto di rumore PWM ad alta frequenza. Quando l'incrocio è inevitabile, è necessario incrociarlo solo a 90° e mai in parallelo nella stessa canalina.
Selezione del cavo schermato
Disciplina dell'ingresso dei cavi
I pressacavi EMC con contatto a ghiera a 360° forniscono una terminazione dello schermo superiore per le nuove installazioni. Per le situazioni di retrofit, i nuclei di ferrite a scatto nei punti di ingresso offrono una pratica riduzione del rumore: scegliete nuclei con impedenza ottimizzata per la gamma 1-30 MHz, dove si concentra la maggior parte dei transienti di commutazione.
Separare fisicamente le piastre dei pressacavi: l'ingresso del cavo di alimentazione su un lato dell'involucro, l'ingresso del cavo di controllo sul lato opposto.
I test convalidano che le misure di soppressione, messa a terra e instradamento funzionino effettivamente in condizioni operative.
Test di immunità prima della messa in servizio
Quando è disponibile l'apparecchiatura di prova, applicare i test di immunità standardizzati per IEC 61000-4-4 immunità ai transitori elettrici veloci:
Metodo dell'oscilloscopio in loco
La maggior parte dei siti non dispone di generatori di test EMC. Un oscilloscopio portatile fornisce una verifica pratica:
Per una bobina di sgancio da 220 VCC con soglia di prelievo 70% (154 V), il rumore accettabile è di circa 30 V di picco.
Documentare le prestazioni di base
Registrare le forme d'onda durante le operazioni peggiori: commutazione del banco di condensatori, avvio del motore, eliminazione dei guasti. Archiviare come prova di messa in servizio e come riferimento per la risoluzione dei problemi in futuro.
Situazione
In un sito minerario si sono verificati interventi inspiegabili del VCB su un alimentatore del frantoio da 800 kW ogni 3-7 giorni. Non comparivano codici di guasto. Il reset manuale ha ripristinato il funzionamento, ma le perdite di produzione si sono accumulate.
Risultati dell'indagine
Azioni correttive
Risultato
Zero falsi viaggi in un periodo di monitoraggio di 14 mesi. L'approccio integrato, che affronta insieme l'instradamento, la soppressione e la messa a terra, è riuscito laddove le precedenti soluzioni a singolo punto avevano fallito.
Componenti per quadri elettrici XBRELE incorporano un design pronto per l'EMC fin dalla fabbrica:
Richiedete le schede tecniche dei prodotti o programmate una consulenza EMC con i tecnici XBRELE per risolvere i problemi di falso intervento persistenti nelle vostre installazioni di quadri elettrici.
D1: Cosa provoca i falsi interventi nei quadri di media tensione senza guasti registrati?
R: Le interferenze elettromagnetiche si accoppiano al cablaggio di controllo e iniettano tensioni di disturbo che superano le soglie di intervento della bobina, causando l'intervento dell'interruttore anche se non esiste un guasto del sistema di alimentazione.
D2: Come si fa a stabilire se l'EMI è la causa dei miei fastidiosi viaggi?
R: Misurare il rumore differenziale tra i terminali della bobina di sgancio con un oscilloscopio durante il funzionamento dell'apparecchiatura adiacente; un rumore superiore a 20% della tensione minima di pickup della bobina indica un rischio di sgancio indotto da EMI.
D3: Devo utilizzare MOV o diodi TVS per la protezione della bobina di sgancio?
R: I MOV sono adatti alle bobine di sgancio e di chiusura perché assorbono una maggiore energia transitoria; i diodi TVS rispondono più rapidamente ma gestiscono meno energia, il che li rende migliori per la protezione degli ingressi sensibili degli IED.
D4: Perché la messa a terra a margherita causa problemi nei circuiti di controllo?
R: Punti di messa a terra multipli creano loop in cui le correnti circolanti durante i transitori inducono tensioni differenziali sui conduttori di segnale, vanificando la reiezione del rumore che una corretta messa a terra dovrebbe garantire.
D5: Qual è la distanza necessaria tra i cavi di controllo e di uscita del VFD?
R: Mantenere una separazione di almeno 300 mm dai cavi di uscita del VFD a causa del contenuto di armoniche PWM ad alta frequenza; i cavi di alimentazione standard richiedono una separazione minima di 100 mm dai conduttori di controllo.
D6: I nuclei di ferrite possono risolvere i problemi di EMI senza ricablaggio?
R: I nuclei a scatto in ferrite offrono una pratica riduzione del rumore per le situazioni di retrofit, particolarmente efficace contro le interferenze nell'intervallo 1-30 MHz, anche se funzionano meglio in combinazione con una messa a terra adeguata piuttosto che come soluzioni autonome.
D7: Con quale frequenza devono essere ispezionate le misure EMC dopo l'installazione?
R: Ispezionare annualmente le terminazioni dello schermo, le condizioni del soppressore e i collegamenti a terra; i collegamenti a treccia flessibile in ambienti umidi possono richiedere verifiche più frequenti a causa del rischio di corrosione.
Selezione Markdown80 字符68 字数0 行数第 1 行, 第 1 列
HTML 12517 字数140 段落
导入/导出
