Puesta a tierra, apantallamiento y protección contra rayos: una fuente de fallos subestimada en instrumentación

Puesta a tierra, apantallamiento y protección contra rayos: una fuente de fallos subestimada en instrumentación

Las desviaciones intermitentes o los fallos de comunicación pueden proceder del cableado, las conexiones equipotenciales, la calidad de alimentación o la exposición a sobretensiones. Diagnostique toda la instalación antes de sustituir el transmisor. Distinga en la revisión la tierra de protección, la referencia de señal y el apantallamiento del cable.

Separar la equipotencialidad de protección de la referencia de señal

Las conexiones equipotenciales de protección limitan los potenciales de contacto peligrosos y proporcionan el trayecto requerido para la corriente de fallo. La referencia de señal y la pantalla del cable cumplen funciones distintas. Las diferencias de referencia pueden perturbar una señal cuando entra corriente no deseada en su circuito o la interfaz supera su límite de modo común.

Algunos circuitos analógicos de baja frecuencia utilizan una única conexión definida para la referencia de señal. Eso no significa desconectar las tierras de protección en campo ni sustituir una red equipotencial de planta por un solo punto de tierra aislado. Siga los manuales de los equipos, el diseño eléctrico y los requisitos de seguridad aplicables.

Terminación de la pantalla: ¿en un extremo o en ambos?

La pantalla de un cable proporciona un trayecto para las corrientes de interferencia; su eficacia depende de la frecuencia, la impedancia de terminación y el sistema equipotencial. La conexión en un extremo es habitual en algunos circuitos analógicos de baja frecuencia. Otros pueden requerir conexión en ambos extremos o en toda la circunferencia, especialmente a frecuencias mayores.

Determine la terminación según los manuales de ambos extremos y el diseño EMC de la instalación. Si la conexión en ambos extremos puede conducir corriente no deseada de baja frecuencia, evalúe la equipotencialidad, el aislamiento o una disposición capacitiva aprobada. No desconecte un conductor de protección ni improvise una terminación en campo para eliminar ruido.

Por dónde entran realmente los efectos del rayo en un instrumento

Tras un impacto directo o cercano, las sobretensiones pueden entrar por la alimentación, las señales, las comunicaciones y las diferencias de potencial de tierra. Sitúe y coordine los SPDs en cables expuestos o límites de zonas de protección, lo que puede exigir protección en ambos extremos. Un único SPD en un transmisor no constituye un diseño completo de protección contra rayos.

Un dispositivo de protección contra sobretensiones (SPD) limita el transitorio respecto a tierra, por lo que necesita una conexión a tierra corta, directa y de baja impedancia. Un SPD atornillado a un panel pintado y conectado con un metro de hilo fino apenas cumple una función decorativa; uno conectado directamente a una barra de tierra limpia sí protege.

Lista práctica de puesta a tierra

Verifique la red equipotencial de protección y las conexiones de referencia de señal previstas. No retire tierras de campo como solución genérica a los bucles de tierra.

Compruebe cada pantalla con el plano de terminación aprobado, incluidas continuidad, longitud expuesta, prensaestopas y conexiones en ambos extremos cuando sean necesarias.

Separe las bandejas. Mantenga los cables de 4–20 mA y digitales fuera de la misma bandeja que los cables de motores y potencia; si deben cruzarse, hágalo en ángulo recto.

Conecte correctamente el SPD a tierra. Su protección solo es tan buena como esa conexión: corta, ancha y directa.

Compruebe la malla de tierra de la planta. Una tierra de instrumento conectada a una malla corroída o desconectada no es una tierra efectiva.

Preguntas de los técnicos

P1. ¿Por qué deriva la lectura al arrancar una bomba?

Entre las causas posibles están caídas de alimentación, acoplamiento inductivo, diferencias de referencia, límites de interfaz y cambios reales del proceso. Registre de forma segura las tendencias de alimentación y señal, inspeccione el tendido y compare el evento antes de modificar una conexión equipotencial. El síntoma no demuestra un segundo trayecto de tierra.

P2. ¿Conecto la pantalla a tierra en el transmisor o en el cuadro?

Siga los requisitos EMC del equipo y de la instalación. La conexión solo en el cuadro es habitual en algunos lazos analógicos, pero las interfaces digitales, la protección contra sobretensiones y la equipotencialidad pueden exigir otra disposición.

P3. ¿Necesito protección contra sobretensiones en cada lazo?

Utilice la evaluación de riesgo de rayos y sobretensiones de la instalación, la exposición del cable, los límites de zonas de protección y la capacidad de soportar sobretensiones de los equipos. Incluya, cuando proceda, compatibilidad de señal, tensión, HART y requisitos de zonas peligrosas; estar al aire libre no define por sí solo un diseño completo de SPD.

P4. ¿Puedo utilizar la pantalla como conductor de reserva?

Nunca. La pantalla es un elemento de apantallamiento, no un conductor de servicio; utilizarla para transportar corriente anula su función y acopla ruido directamente a la señal.

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Referencias técnicas

• Terminación de pantallas y conexiones equipotenciales