La compatibilitat electromagnètica en instal•lacions i màquines

El control de la compatibilitat electromagnètica (CEM) en els productes dissenyats i fabricats per una empresa és una important responsabilitat dels directius. Forma part de tot el procés per obtenir el Marcatge CE d'un nou producte. Aquesta responsabilitat comença en concret a un primer nivell pel director general. Després segueix pel director tècnic, el director de qualitat, el director de compres i el director de producció. El director general, el director tècnic i el director de qualitat tenen un paper Directe en el control de la CEM dels productes.

Qualsevol equip o producte electrònic, màquina o instal·lació que s'hagi de vendre al mercat de la UE ha de ser conforme amb diverses directives europees. Les directives mínimes obligatòries són: la Directiva de compatibilitat electromagnètica (CEM: 2014/30 / UE), la Directiva de baixa tensió (LVD: 2014/35 / UE), la directiva de materials prohibits (ROHS: 2011/65 / UE) , la directiva de reciclatge (WEEE: 2012 Sol·licitud / 19 / UE) i, si a més es tracta d'una màquina, també ha de ser conforme amb la Directiva de seguretat de màquines (2006/42 / CE). Si a més la màquina o equip incorpora mòduls de telecomunicacions tipus WiFi o Bluetooth, per exemple, també ha de ser conforme amb la Directiva de radiocomunicacions (XARXA: 2014/53 / UE).

Les instal·lacions industrials també estan afectades explícitament per aquestes directives. Moltes empreses que integren components de compra diversos per configurar grans màquines amb les seves corresponents instal·lacions són molt conscients que han de complir amb la Directiva de baixa tensió i la Directiva de seguretat de màquines. Però un elevat nombre d'aquestes empreses integradores no ho tenen en compte la Directiva de compatibilitat electromagnètica (CEM). Tot i no realitzar cap assaig de CEM s'atreveixen incorrectament a etiquetar el seu equip o màquina amb el Marcatge CE. Això és totalment il·legal i poden incórrer en responsabilitats administratives i penals.

Per evitar aquests problemes de CEM convé tenir en compte els principis bàsics de la CEM des del començament del desenvolupament del nou equip o màquina. Aquesta prevenció inicial permet tenir en compte les regles de disseny òptim de la metodologia de CEM, des que s'inicia el desenvolupament del nou producte. Aquesta metodologia ha d'incloure revisions regulars d'un expert en CEM (intern o extern) durant el desenvolupament del producte, fins just abans d'arribar a la realització dels assaigs de certificació de CEM i per al Marcatge CE.

Algunes empreses s'excusen amb la mida de la seva màquina a causa que per pes, volum o consum elèctric justifiquen el no poder portar la màquina a laboratori. La Directiva de CEM explícitament requereix tenir en compte els assajos de CEM en màquines grans i instal·lacions. Com a mínim s'han de realitzar mesures d'emissions conduïdes i radiades "in-situ". És a dir, no és obligatori portar la màquina a laboratori, però s’hi han de realitzar les mesures en el lloc de la seva instal·lació. Altres fabricants integradors s'excusen amb el concepte CE + CE = CE.

El concepte "CE + CE = CE" es tracta d'una pràctica comuna en el sector de la gran maquinària, les grans instal·lacions fixes elèctriques i les enginyeries integradores de grans sistemes complexos. Es basa en la idea que, si es compra un nombre de components o aparells destinats a un sistema, tots ells marcats CE, el sistema complet format per aquests components instal·lats no necessita cap treball addicional per poder tenir el Marcatge CE en el conjunt complet de la màquina. Així, es podria declarar d'acord amb totes les directives pertinents de seguretat, baixa tensió i compatibilitat electromagnètica (les Directives més crítiques). La pràctica "CE + CE = CE" podria automàticament aplicar el Marcatge CE a la màquina completa. Però, el més segur és que si es realitzen els assajos de CEM, no sigui així i la màquina completa no sigui conforme i no pugui legalment etiquetar-se amb el Marcatge CE. És evident que, si algun dels components incorporats a la màquina no és conforme i no té el Marcatge CE, la màquina completa tampoc serà conforme i no es podrà etiquetar el Marcatge CE.

Atenció, aquesta pràctica és totalment incorrecta en tots els sentits i no s'accepta legalment. Mai hi ha hagut cap justificació jurídica o tècnica per a aquesta pràctica, però això no ha impedit que sigui àmpliament utilitzada en tots els nivells de moltes indústries de tot Europa, sobretot per al compliment de la Directiva de compatibilitat. Les raons principals per les quals s'ha seguit incorrectament aquesta pràctica són:

1. "CE + CE ≠ CE": Si les empreses fan servir directament la pràctica "CE + CE = CE" consideren, amb falsa confiança, que ja compleixen automàticament la Directiva de CEM.
2. Desconeixement i manca de professionalitat: moltes empreses fabricants de maquinària o grans sistemes, per desconeixement o per falta de professionalitat, no saben que estan obligades a complir també amb la Directiva de CEM, a més de les Directives de baixa tensió i de seguretat, ROHS i WEEE.
3. Irresponsabilitat i costos alts: moltes empreses fabricants de maquinària o grans sistemes, tot i saber que estan obligades a complir també amb la Directiva de CEM, només compleixen les directives de baixa tensió i de seguretat perquè consideren, irresponsablement, que el compliment de la Directiva de CEM és massa costós i no pensen que és important.
4. Complexitat: moltes empreses fabricants de maquinària o grans sistemes, tot i saber que estan obligades a complir també amb la Directiva de CEM, consideren que assegurar el seu compliment és complex, no saben com fer-ho, no ho intenten i tampoc demanen assessorament extern .
5. Menor qualitat: El compliment de les directives és un factor de major qualitat per al producte. Si no es compleix la Directiva es provoca una menor qualitat en les màquines o grans sistemes.
6. Possibles accidents: Moltes empreses només estan preocupades per la seguretat per les possibles conseqüències d'accident en la manipulació de les seves màquines. Erròniament no consideren que la CEM pot ser també un aspecte que pot afectar la seguretat. De vegades, per desconeixement, aquests problemes de seguretat deguts a la CEM queden encoberts per altres efectes.

Si a causa d'una inspecció es comprova que la màquina o instal·lació no compleix amb alguna Directiva de la UE, l'empresa responsable pot ser multada i fins i tot els seus directius incórrer en responsabilitats penals. La idea "la compra de bona fe" que ofereix un fabricant, amb proves suficients que s'ha complert amb el deure legal de ser conforme amb les Directives, és insuficient.

Qualsevol màquina o instal·lació que incorpora tres o més components comprats amb el Marcatge CE i ha estat construïda només amb el concepte "CE + CE = CE" té gairebé assegurat el seu incompliment de CEM. En el cas de les emissions electromagnètiques (EM). Els límits d'emissions EM per a un component industrial com un autòmat programable, una font d'alimentació o un inversor de freqüència són els mateixos que els límits per a tota la màquina completa.

Un fabricant, per a realitzar la declaració del Marcatge CE pot seleccionar el procediment de conformitat amb les directives de la UE usant l'auto certificació. Els productes industrials i domèstics entre altres no requereixen una certificació o permís previ a l'entrada en el mercat europeu, com passa, per exemple, amb els equips d'electromedicina. En el procés d'auto certificació, el fabricant es fa responsable d'assegurar que la declaració de conformitat amb les Directives és correcta i es pot assegurar gràcies al compliment de les normes corresponents que afecten al seu producte, realitzant assajos en laboratoris que no necessiten l'acreditació de ser organisme notificat.

Per poder aconseguir un bon resultat en els assajos de CEM d'una màquina o instal·lació és recomanable tenir en compte les normes de CEM a complir des de l'inici de el disseny. És més rendible en temps i diners fer-ho així i no esperar que el laboratori de CEM ens digui que l'equip no passa l'assaig. Les tres regles bàsiques de el bon disseny d'un equip electromagnèticament compatible són:

• L'equip no és susceptible a emissions d'altres equips propers
• L'equip no es causa interferències a si mateix
• L'equip no causa interferències a altres equips propers

L'única manera d'estar segur que una instal·lació és conforme amb la Directiva de CEM, és fer els assaigs corresponents.

1. No fer res, amb el risc corresponent (mai no és aconsellable).
2. Tractar de complir la Directiva de CEM amb un baix perfil tècnic i de despeses, generant un document tècnic de construcció justificant perquè la instal·lació és conforme (bona alternativa, sobretot en instal·lacions grans).
3. Realitzar tots els assajos de CEM (és la millor alternativa)
4. Realitzar solament els assajos d'emissions radiades i conduïdes "in-situ" (alternativa acceptable de compromís)

Encara que han passat 30 anys des de l'inici de l'aplicació obligatòria de la primera Directiva de CEM, actualment encara un gran percentatge dels productes electrònics no compleixen amb els requisits de compatibilitat electromagnètica la primera vegada que es posen a prova en un laboratori de CEM. Al mateix temps, continua havent-hi dubtes en com aplicar la Directiva en funció del tipus de producte.

Estadísticament, la taxa mitjana de no compliment en les proves de laboratori és de l'ordre de l'50% en la seva primera vegada. Considerant l'observació i millora dels punts d'incompliment de les normes en la primera vegada, la segona vegada millora molt, però segueix tenint un 5 o 7% de no compliment. En el cas de productes molt complexos o que es dissenyen just a el límit de compliment de les normes, la taxa de no compliment arriba a un 2% en la seva tercera vegada. Les causes principals per les quals passa això es poden resumir en:

• Poc coneixement dels principis bàsics de la compatibilitat electromagnètica.
• Fallades en l'aplicació dels principis bàsics de la compatibilitat electromagnètica.
• Aplicació incorrecta de les normes de la compatibilitat electromagnètica.
• Impredictibles interaccions entre elements de l'equip.
• Incorporació de mòduls de compra que no compleixen les normes de CEM a l'equip final.
• Falta d'estratègia clara en la gestió interna de la CEM a l'empresa

La metodologia per reduir el risc de tenir problemes d'interferències (EMI) comença per conèixer els requeriments de CEM abans de començar el disseny de la màquina o instal·lació, és a dir coneixent la Directiva i les normes de CEM a complir. Un cop queda establert aquest coneixement, s'ha d'avaluar com les interferències electromagnètiques (EMI) poden afectar el disseny de la màquina i la seva seguretat. Després hem de seleccionar correctament els components de màquina a integrar, assegurant que si són de compra, el Marcatge CE sigui de confiança i no siguem enganyats amb el marcatge tipus "Xina Export", per exemple. Una bona pràctica és realitzar unes proves de pre-avaluació, sobre tots aquells components de compra dels que no estiguem segurs de la seva conformitat, tot i portar el Marcatge CE i finalment, els assajos de CEM han d'assegurar el compliment de les normes de CEM.

Davant d'un problema de CEM, hem de saber que sempre hi haurà com a mínim un generador d'interferències i un receptor d'interferències. Hi pot haver diversos generadors i receptors. Entre ells sempre hi haurà com a mínim un acoblament. Els tipus d'acoblament són quatre: acoblament per conducció a través dels cables, acoblament inductiu o de camp magnètic, acoblament capacitiu o de camp elèctric i acoblament electromagnètic o per radiació.

Hi ha diversos aspectes a considerar en el bon disseny d'una màquina o instal·lació tenint en compte la CEM. Un primer aspecte és el de dissenyar una bona estructura de masses i terres. La massa són les parts conductores que envolten un circuit elèctric o electrònic. Normalment el punt de zero volts està connectat amb la massa per evitar corrents paràsits. El punt de zero volts és el punt de referència per a tots els potencials d'un circuit. Normalment aquest punt es troba en el negatiu de la font d'alimentació. La terra són totes les parts conductores de construccions, connectades elèctricament amb el terreny mitjançant piques profundes, per seguretat. L'estructura d'una màquina està connectada obligatòriament a terra per seguretat.

Totes les parts metàl·liques d'una màquina han d'estar connectades a massa i si cal, s'ha de constituir amb elles un blindatge que protegeixi les parts sensibles a camps electromagnètics externs i també eviti les emissions radiades de parts sorolloses cap a l'exterior. Els armaris industrials, degudament dissenyats són un bon blindatge per als nostres equips interns.

Les pertorbacions que poden arribar a la nostra màquina des de la xarxa elèctrica poden afectar el seu bon funcionament i per això hem d'assegurar que la seva entrada està ben filtrada amb adequats filtres de xarxa. També hem de considerar que la commutació de càrregues inductives i capacitives generen pertorbacions, que cal tenir en compte perquè no afectin el bon funcionament de la nostra màquina.

Els filtres en general, els filtres de xarxa i els filtres d senyal atenuen les EMI conduïdes i eviten la seva radiació a través dels cables. Perquè les interferències siguin filtrables han de tenir una banda de freqüència diferent de la del senyal útil. Les seves aplicacions són: l'atenuació de les en EMI en el seu origen, la reducció de les EMI en les sortides dels equips i la reducció de les EMI a les entrades dels equips.

En la instal·lació dels equips que integren una màquina s'usen cables de diferent tipus que no poden disposar ni connectar-se de qualsevol manera. El primer a fer és classificar tots els cables, a part de la seva construcció, per la seva sensibilitat i soroll. Hi ha quatre classes:

1. Cables que porten senyals molt sensibles.
2. Cables que transporten senyals lleugerament sensibles
3. Cables que transmeten senyals lleugerament sorolloses
4. Cables portadors de senyals fortament sorolloses

Un cop classificats, hi ha recomanacions de distàncies mínimes entre les diferents classes que ens ajuden a fer una bona disposició de cables a tota la instal·lació de la màquina. En grans instal·lacions, usualment s'usen safates de distribució. Aquestes safates no poden ser mai de plàstic. Sempre han de ser safates metàl·liques.

També és important no connectar de qualsevol manera cada un dels cables. Sobretot, en els cables blindats, les seves pantalles han de connectar-se en els dos extrems a 360º, sense usar "cues" ( "pigtails"), per no deteriorar les seves prestacions.

Els inversors de freqüència, molt usats en màquines per controlar la velocitat de gir de motors, si no s'instal·len adequadament, poden generar un nivell d'interferències força elevat. Els filtres instal·lats en la seva sortida en funció de la longitud del cable que uneix l'inversor de freqüència i el motor ens ajuden a la reducció de les interferències. També els cables blindats, adequadament seleccionats contribueixen a la reducció de les EMI. Al mateix temps, aquests filtres de sortida ben seleccionats són claus per allargar la vida dels motors connectats als inversors de freqüència, al no deteriorar el bon funcionament dels rodaments en l'eix del motor.

La conclusió és que, si tenim en compte la compatibilitat electromagnètica en tot el procés de disseny d'una nova màquina, podrem lliurar-la al mercat en menys temps amb menors costos, sent conformes amb la Directiva de CEM. Així podrem etiquetar correctament la nova màquina amb el Marcatge CE.