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
Cableadoentre ladodecargadedispositivodeproteccióno fuentede
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
Cableadoentre ladodecargadedispositivodeproteccióno fuentede
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. ELECTROMAGNÉTICO
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ACOPL. ELECTROMAGNÉTICO
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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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