Electrónica digital

Pantalla electromagnética. Campo eléctrico. Blindaje estático

  • Enviado por: Felipe Araya
  • Idioma: castellano
  • País: Chile Chile
  • 16 páginas
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UNIVERSIDAD CATÓLICA DE VALPARAÍSO

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

PLAN COMPLEMENTARIO INGENIERÍA CIVIL ELÉCTRICA.

CURSO: CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES

TAREA Nº 1

ELECTRÓNICA DIGITAL - ASPECTOS DE MANTENCIÓN

.

7.- Explique cual es el propósito de una pantalla electromagnética, de que factores depende su efectividad y que materiales se usan preferentemente como pantallas.

El propósito de una pantalla electromagnética es atenuar interferencias electromagnéticas entre fuentes de energía y equipos susceptibles. Una explicación de cómo las pantallas trabajan, es que los equipos de interferencias electromagnéticas inducen corrientes circulantes en las pantallas y los campos inducidos por estas corrientes se oponen a los campos de interferencia electromagnética (EMI), por tal razón, las redes de campo en los lados de la pantalla son reducidos. Otra explicación es que las pantallas atenúan los casos de interferencias electromagnéticas por una combinación de reflexión y absorción. Cualquiera de ambas explicaciones utilizan el mismo principio de aplicación de las pantallas electromagnéticas. La ley de reciprocidad señala que la pantalla es una idea de cómo la interferencia electromagnética es contenida desde una fuente, o excluyendo la interferencia electromagnética desde un equipo susceptible. Para una pantalla, los niveles de interferencia fuera de ésta, pueden ser reducidos en forma apreciable, bajo los niveles dentro de la pantalla y todo equipo susceptible será beneficiado. Para pantallas de equipos susceptibles, la interferencia electromagnética desde fuentes externas podría ser reducida mas bajo los niveles dentro de la pantalla respecto a los niveles fuera de la pantalla y sólo el equipo particular protegido será beneficiado.

Cuando una onda electromagnética irrumpe en una pantalla (ver figura a) alguna de esta energía es reflejada a la primera superficie de ella, alguna es absorbida por la pantalla y otra es transmitida a través de ella (cierta energía también puede ser reflejada a la segunda superficie de la pantalla).

Denotando la Intensidad y Potencia incidente por E1, H1 y P1, y la Intensidad y Potencia transmitida por E2, H2 y P2, la atenuación o la efectividad de la pantalla, S, (que puede ser expresada en dB) se expresa como uno de los tres radios siguientes:

Efectividad del Campo eléctrico en la pantalla, Se=20log(E1/E2) (dB), donde E1 y E2 son medidas en la misma unidad de campo eléctrico (V/m).

Efectividad del Campo magnético en la pantalla, Sh=20log(H1/H2) (dB), donde H1 y H2 son medidas en la misma unidad de campo magnético (A/m).

Efectividad Total electromagnética en la pantalla, S=10log(P1/P2) (dB), donde P1 y P2 son medidas en la misma unidad de potencia (W/m).

Onda Incidente Shield

E1, H1 y P1 Energía

Absorvida

Onda Reflejada Energía Transmitida

Reflejos

Secundarios

Fig. (a) “Atenuación de la EMI por una Pantalla”

6.- Defina que es un blindaje estático, que materiales cumplen con esta definición y de que forma actúan, al usarse como elemento de protección de componentes.

Un blindaje estático se define como un encapsulado que atenúa un campo eléctrico en la superficie exterior. El material debe tener una resistencia superficial menor que 1x10³() (ESD S11.11), o una resistencia volumétrica menor a 1x10²(/mm) (ESD S11.12).

El blindaje estático tiene como objetivo proteger de las descargas eléctricas, el blindaje está compuesto de múltiples capas de materiales, la cual, entre otras posee una capa aislante para limitar el flujo de corriente ante una descarga directa. A continuación se muestra una tabla que contiene los materiales de control electrostático más usado, sus especificaciones y sus métodos de testéo mas usados hoy en día.

Tipo de Material

Especificación

Método de testéo/Estándar

Low Charging

Uso

Específico

Aplicación de Test ESD ADV 11.2 “Triboelectric Charge Accumulation Testing”

Dissipative

>1x105/sq. to <1x1012/sq.

>1x104 to <1x1011

ASTM D 257/EIA 541

ANSI/EOS/ESD S11.11

Conductive

< 1x105/sq.

< 1x104

ASTM D 257, ASTM D 991 (EIA 541)

ANSI/EOS/ESD S11.11

Static Shielding

< 1x104/sq.

<1x10³-cm/mm of thickness

< 30 Volts

ASTM D 257/EIA 541

ASTM D 991/EIA 541

Mil B 81705 (C)

Static Discharge

Shielding

< 1x10³ (capa metálica)

Baja carga interior, interior disipativo y < 50 nJ

ANSI/EOS/ESD S11.11 ESD

ADV 11.2 ANSI/EOS/ESD S11.11

ANSI ESD S11.31

5.- Investigue las características técnicas y costo de una fuente UPS que debe proteger a un servidor Pentium II de 400 Mhz, su monitor y un concentrador de 24 bocas suponiendo que opera con Windows NT4, el cual debe cerrarse automáticamente al producirse el corte de energía (en 10 minutos será suficiente).

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4.- Describa los escenarios de interconexión de equipos electrónicos en que comúnmente existe riesgo (por ejemplo, PCs con TV-cable, modems, etc), y cuales son los riesgos específicos.

La interconexión de equipos electrónicos se desarrollan fundamentalmente en sistemas autónomos o sistema distribuidos. Un sistema autónomo contiene típicamente a un operador que comanda un computador en red acoplado con una impresora o cualquier computador no conectado a una red. Los Sistema distribuidos varían desde un simple sistema autónomo conectado por la red telefónica u otra red asociada a un sistema “multiplestation” o un sistema de control de procesos son sensores y actuadores remotos.

Los escenarios posibles son oficinas, laboratorios y hogares. Los Sistemas autónomos pueden ser dañados por dos posibles causas. Primero, los transientes con bajas amplitudes (menor que 1 Kvolts) son amortiguadas por fuentes de poder pero la potencia aún permanece acoplada en los circuitos causando daños. Los transientes con altas amplitudes (sobre 1 Kvolts) pueden provocar el peor daño pues la potencia de entrada daña los componentes inevitablemente. Segundo, interrupciones de potencia, pueden causar una momentánea caída del servicio.

A continuación se muestra un cuadro descriptivo de los casos más comunes:

Tipo de Situación

Riesgo

Solución

Equipos autónomos conectados

Con periféricos al mismo enchufe o distintos enchufes

Transientes en la Línea

Diferencia en los potenciales

de tierra

Supresores de peack

Unificar las tierras dentro

de las salas o pisos

Equipos que usan línea de poder y línea de datos simultánamente (tales como equipos de fax o contestadores automáticos)

Diferencia del potencial a tierra

Unificar las tierras

Sistemas distribuidos con terminales remotos (tales como tres PC`s conecados a una impresora, o tres terminales conectados a la misma CPU

Transientes en los cables de poder, operación de elementos supresores de alzamiento de potencial de tierras

Unir con fibra óptica, o

Unificar las tierras

Sistemas en edificios separados

Transientes en las líneas de alimentación o diferencias en los potenciales de tierra.

Sistema de tierras especiales o unir con fibra óptica u otro sistema de aislación

1.- ¿Qué factores describen la calidad del servicio eléctrico domiciliario?

La calidad de servicio es un concepto cuantificable mediante rangos o bandas de valores dentro de las cuales deben estar diversas variables.

a) Disponibilidad, se relaciona con la probabilidad en el tiempo de contar con el suministro. Se mide en horas fuera de servicio por cliente al año.

b) Indice de fallas, en cantidad de fallas que implican faltas de suministro al año.

c) Regulación de tensión, define una banda porcentual alrededor de la tensión nominal de la red, dentro de la cual debiera estar permanentemente la tensión de suministro.

d) Variaciones temporales de tensión, clasificadas en sobretensiones transitorias (ocasionadas por fallas remotas, maniobras en la red, sobretensiones atmosféricas, etc,) que tienen características eventuales, y son en esencia impredecibles para el cliente, pero son fuente de probables daños a equipos e instalaciones y variaciones periódicas o "flicker", correspondientes a pequeñas variaciones de tensión, que por su naturaleza repetitiva son molestas y perceptibles (causadas por cargas cíclicas, como compresores alternativos, bombas, etc.).

e) Frecuencia, puede haber problemas en zonas servidas por pequeños centros de generación local, o sistemas que quedan trabajando en isla)

f) Contenido armónico, correspondiente a la superposición en la tensión de suministro de tensiones de frecuencias mayores de la frecuencia normal de suministro (implica perturbaciones y pérdidas activas en maquinaria rotatoria, flujo de potencia reactiva, etc., y son causadas por la presencia cada vez en mayor proporción de sistemas con electrónica de potencia en la red)

La calidad de servicio es un concepto que se deduce de un conjunto de condiciones que pueden ser evaluadas para puntos de la red o clientes (consumidores) específicos. Estas condiciones fijan requerimientos mínimos que se debe cumplir durante la operación de un sistema eléctrico que abastece diferentes consumos, entre los que se incluyen:

a-1) Frecuencia

En sistemas eléctricos en que exista servicio público de distribución, debe ser de 50 Hz con las siguientes variaciones máximas permisibles en tomo a este valor (referencia a considerar):

  • Sistemas con capacidad de generación instalada superior a 100 MW.

  • 5OHz±1% durante 95% del tiempo

- 5OHz±6% durante 100% del tiempo

- Sistemas con capacidad de generación instalada entre 1 .5 MW Y 100 MW

- 50Hz±2% durante 95% del tiempo

- 50Hz±12% durante 100% del tiempo

  • Sistemas con capacidad de generación instalada menor que 1 5 MW.

  • 50Hz±4% durante 95% del tiempo

  • 5OHz±16% durante 100% del tiempo

a-2) Voltaje

- En baja tensión: Rango permisible de variación +6% a -7.5%

- En Alta Tensión: Rango permisible de variación ±5% (Tensión nominal < 154kV )

- ±6%(Tensión nominal (154kv )

a-3) Interrupciones de Suministro

Durante un período contínuo de 12 meses:

- En puntos de entrega a usuarios finales en tensiones iguales o inferiores a alta tensión de distribución : 8 interrupciones, que no excedan en conjunto 4 horas.

En puntos de entrega a concesionarios de servicio público de distribución en tensión igual a alta tensión de distribución (o para consumidores a este nivel): 4 interrupciones, que no excedan en conjunto 2 horas.

a-4) Contenido Armónico

En relación a la inyección de armónicas de corriente y en condiciones normales de operación, el 95% de los valores medidos en intervalos de 10 minutos de corriente efectiva, de las armónicas individuales durante cada período de una semana, debe considerar los valores máximos de distorsión.

a-5) Componente de Secuencia Negativa

Para puntos de entrega a clientes en tensiones iguales o inferiores a alta tensión de distribución, el valor efectivo en 10 minutos de la componente de secuencia negativa no deberá exceder el 2% de la correspondiente componente de secuencia positiva para el 95% de los muestreos sobre un período de una semana.

Para puntos de entrega en tensiones superiores a alta tensión de distribución a clientes concesionarios de servicio público de distribución, que abastezcan usuarios sometidos a regulación de precios, el máximo porcentaje es de 1 .5%.

a-6) Flickers

Cuando se conecta o desconecta cargas rápidamente (soldadoras) o hay fluctuaciones rápidas (hornos de arco), las fluctuaciones en el alumbrado se llaman efecto

Flicker. Cuando este efecto se mantiene por un período apreciable, variaciones de voltaje tan bajos como 0.5% pueden ser objetables.

Valores de Referencia (IEEE - Std 141-1976): Variación de Tensión (%)

Fluctuaciones/seg. 1 .5 20

  • 6 6

  • 1/3600

  • Esto Valores corresponden a la frontera de la llamada Curva de Irritación.

    3.- ¿Cómo se clasifican las anomalías o disturbios en la línea? Dibuje las formas típicas de onda. Describa la curva de consumo típica de una estación de trabajo.

    Los disturbios en la línea se pueden clasificar en los siguientes fenómenos:

    • Variaciones de Voltaje: Debido a subidas o bajas de tensión por variaciones en la red de alimentación, o por conexión o desconexión de grandes cargas que no pueden ser corregidas instantáneamente.

    • Variaciones de Frecuencia: Debido a mal funcionamiento de equipos generadores o maniobras de switching de las compañías eléctricas.

    • Bajas de Potencia: Es la total caída de voltaje de suministro hacia el computador por al menos 5 ms. Cambiando la fuente de potencia ya sea para distribuir las cargas o corregir algún cortocircuito, podría producirse fallas de potencia desde unos pocos ciclos hasta varios segundos. Los equipos pueden resultar sin servicio desde minutos a horas.

    • Transientes: Son perturbaciones de menos de 5 ms. de duración, la amplitud, el rise time, la duración, la oscilación resultante y la razón de repetición determinan los efectos sobre la operación de los computadores. Estos fenómenos se pueden clasficar en tres tipos dependiendo de sus fuentes. Transientes de fuentes cercanas (menos de 20 m. al computador) donde el rise-time es muy rápido, del orden de los ns; los transientes originados por fuentes distantes, los cuales tienen un lento rise-time del orden de los microsegundos y una duración más larga que la anterior, se produce a causa por aparatos eléctricos como interruptores eléctricos, motores de ascensores, máquinas industriales, etc. El tercer tipo de transientes, tiene un rise-time similar a los de fuentes lejanas y pueden ser producidos por fallas en las líneas de distribución o por resultantes de arcos en la operación de líneas o por rayos directos o inducidos sobre las líneas de distribución.

    En la hoja siguiente se muestran la formas de onda.

    2.- ¿Qué categorías de sistemas de tierra deben ser consideradas?. Considérese la instalación de una red pequeña en un ambiente de oficina.

    En general toda instalación requiere de un sistema de puesta a tierra pudiéndose clasificar en tres grandes grupos según la magnitud y la frecuencia de la corriente que debe ser drenada a tierra.

    1-. Bajas corrientes a bajas frecuencias, como las provenientes de las fallas de equipos eléctricos y de los supresores de transitorios de voltaje.

    2-. Grandes corrientes a bajas frecuencias, como en las subestaciones de fuerza.

    3-. Grandes corrientes a altas frecuencias, como las provenientes de descargas atmosféricas.

    4-. Bajas corrientes a altas frecuencias, como en salas de equipos electrónicos.

    Para el caso de una red pequeña en un ambiente de oficina está dentro del grupo N° 4 y parte en el N° 1.

    Los equipos sensibles tales como computadoras, controladores lógicos programables, sistemas de control, centrales telefónicas, etc., son altamente susceptibles a diferencia de voltajes cuyos niveles no son perjudiciales a humanos y no tienen efecto sobre equipos de potencia.

    Luego, para el ambiente en cuestión, se requiere diferenciar entre punto único de puesta a tierra, las tierras lógicas y tierras aisladas.

    El punto único de puesta a tierra se refiere a la tierra de seguridad cuyas normas están establecidas en él nuestro reglamento eléctrico.

    Las tierras lógicas, en electrónica se refieren a los caminos de retorno o nivel de referencia “0” indicados en muchos equipos, que pueden estar o no conectados eléctricamente a la tierra de seguridad.

    Las tierras aisladas se refieren al aislamiento eléctrico entre los circuitos (tierra lógica) y el gabinete del equipo.

    Entonces, debe existir una tierra de protección y servicio para alumbrado y fuerza (aire acondicionado). Tierras de protección y de servicio independientes para los equipos electrónicos (computadoras y de comunicación)