Conocimiento||¿Fluctuaciones en los datos DCS? ¡Hay que revisar la puesta a tierra del DCS!

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I. Requisitos básicos para la puesta a tierra del sistema DCS. La puesta a tierra del sistema DCS tiene como objetivo garantizar que, en caso de que surjan problemas con las señales que ingresan al sistema, con la fuente de alimentación o con los propios dispositivos del sistema DCS, un sistema de puesta a tierra eficaz pueda soportar las corrientes de sobrecarga y conducirlas rápidamente hacia el suelo. El sistema de puesta a tierra puede proporcionar una capa de blindaje para el DCS, eliminando las interferencias causadas por ruidos electrónicos, y ofrecer un punto de referencia común para las señales en todo el sistema de control (es decir, un potencial de referencia cero). Cuando hay problemas en el sistema de puesta a tierra (resistencia excesiva de la conexión a tierra, múltiples puntos de conexión a tierra, cables de conexión dañados o contacto entre los cables de conexión y equipos que operan a altas tensiones o con grandes corrientes eléctricas), esto puede causar lesiones por electrocución en las personas y daños en los equipos. Se sabe que algunos sistemas DCS se “apagan” con frecuencia (o se detienen sin motivo aparente), y esto suele deberse a problemas en el sistema de puesta a tierra. Por lo tanto, una conexión a tierra adecuada, fiable y correcta es clave para que el sistema DCS funcione de manera segura, fiable y eficiente. II. Clasificación de las conexiones a tierra en DCS. En general, los sistemas de control DCS necesitan dos tipos de conexiones a tierra: una para protección y otra para funcionamiento (tierra lógica, tierra de blindaje, etc.). En los sistemas equipados con medidas de protección contra explosiones, como los utilizados en la industria química, también se exige que sean intrínsecamente seguros. 2.1 La puesta a tierra de protección (CG, Cabinet Grounding) es una medida de seguridad que se adopta para evitar la acumulación de carga electrostática en la carcasa del equipo, con el fin de prevenir daños a las personas. Todos los gabinetes de operador del sistema DCS, los gabinetes de las estaciones de control en campo, las impresoras, los gabinetes de terminales, etc., deben estar conectados a tierra de protección. La zona de protección debe conectarse a la red de puesta a tierra del área eléctrica de la fábrica, con una resistencia de puesta a tierra inferior a 4 Ω. 2.2 Logicamente, también se le conoce como tierra lógica de la máquina o tierra de alimentación del ordenador. Se trata del punto común de los niveles lógicos negativos en el interior del ordenador; además, es también el punto de salida de la alimentación de +5V y otros voltajes similares. Como los extremos negativos de 5 voltios y 12 voltios en la CPU. Es necesario conectarlo a un electrodo de tierra público. 2.3 Tierra de blindaje (AG, Analog Grounding): también conocida como tierra analógica, sirve para eliminar las interferencias que afectan la transmisión de las señales en el campo, con el fin de mejorar la precisión de estas señales. La capa de blindaje de los cables de señal en el sistema DCS debe estar conectada a tierra. La capa de blindaje del cable debe estar conectada a tierra en un extremo, para evitar la formación de circuitos cerrados que causen interferencias. La armadura metálica de los cables blindados no debe utilizarse como conexión a tierra para la protección contra interferencias; en su lugar, se debe utilizar una malla de alambre de cobre o una capa de protección recubierta de aluminio para la conexión a tierra. Conexión al electrodo de tierra público. 2.4 El sistema de puesta a tierra debe ser independiente, y la resistencia de puesta a tierra debe ser ≤ 4Ω. El sistema de puesta a tierra de Benandi debe mantenerse independiente; la distancia con respecto a la red de puesta a tierra eléctrica de la planta o a las redes de puesta a tierra de otros sistemas de instrumentación debe ser de al menos 5 metros. III. Método de puesta a tierra del sistema DCS: 1. Se utiliza la red de puesta a tierra eléctrica como red de puesta a tierra para el DCS, es decir, se comparte la misma toma de tierra que la red eléctrica ； 2. Se debe establecer una red de puesta a tierra independiente y dedicada para el sistema DCS ； 3. Se establece una red de puesta a tierra dedicada al DCS; esta se conecta, a través de cables de puesta a tierra, con la red de puesta a tierra eléctrica. Dado que el tercer método de puesta a tierra tiene muchas similitudes con el segundo, en el pasado los sistemas informáticos o DCS solían utilizar redes de puesta a tierra dedicadas. Pero las desventajas de este método de puesta a tierra son las siguientes: ocupa mucho espacio, requiere una inversión elevada, se consume una gran cantidad de cables y acero para la red de puesta a tierra. Además, está a una distancia considerable del edificio industrial (ya que no es fácil encontrar un lugar adecuado dentro del mismo). La gestión, el mantenimiento, las mediciones, así como la localización de los electrodos y cables de puesta a tierra resultan difíciles. Por último, su eficacia no es muy buena. Según las pruebas de funcionamiento en la práctica, establecer una red de puesta a tierra DCS dedicada resulta difícil e inseguro. IV. Requisitos para los polos de tierra públicos (redes) 1. Cuando la resistencia de distribución del sistema de tierra eléctrica en la planta es ≤4Ω, dicho sistema puede utilizarse como polo de tierra público (red) para el sistema DCS. 2 Cuando la resistencia de puesta a tierra de la red de puesta a tierra eléctrica en la planta es alta o está desorganizada, se debe establecer un sistema de puesta a tierra independiente, es decir, un electrodo (red) de puesta a tierra común para el sistema DCS. 3. No existe un electrodo de tierra público conectado de forma intrínsecamente segura; la resistencia de distribución con respecto a la tierra es menor a 4 Ω ； Hay valores de Benin inferiores a 1Ω. La impedancia de la línea del tronco principal de puesta a tierra es menor a 0,1 Ω. Dentro de un radio de 15 metros alrededor del electrodo de puesta a tierra, no deben existir puntos de conexión para dispositivos de protección contra rayos. Además, dentro de un radio de 8 metros, no deben haber puntos de conexión para la carcasa de equipos eléctricos de alta o baja tensión con una potencia superior a 30 KW. Cuando en el lugar no se puede cumplir esta condición, la zona protegida contra rayos se conecta a la red principal de puentes a tierra mediante pararrayos/supresores de ondas de choque. La soldadura por electrodo no debe conectarse nunca al electrodo de tierra público ni a su red de tierra; ambos deben estar separados por más de 10 metros. V. Principios de puesta a tierra del sistema DCS
1. Dispositivos de puesta a tierra en el sistema DCS
1.1 Puestos de operación, estaciones de impresión y gabinetes de servidores: cuentan con tornillos de protección contra la corriente eléctrica. 1.2 Gabinetes de relés, gabinetes UPS y gabinetes de distribución: cuentan con tornillos de sujeción para la protección. 1.3 Gabinete de E/S del DCS: cuenta con barras de conexión a tierra blindadas y tornillos de tierra de protección; el sistema está suspendido a tierra (+24V). 1.4 Gabinete de instrumentos, panel de control manual: cuenta con una barra de conexión para la puesta a tierra de blindaje y tornillos de puesta a tierra de protección. 1.5 Gabinete de protección: cuenta con una barra de conexión para la tierra de blindaje, una barra de conexión para la tierra intrínsecamente segura, y tornillos de sujeción para la tierra de protección. 2. Blindaje de las señales y su conexión a tierra: De acuerdo con las normas técnicas aplicables, la capa de blindaje de los cables de señales de los ordenadores o sistemas DCS no debe quedar sin conexión a tierra; debe estar conectada a tierra. La forma en que se realiza esta conexión debe cumplir con las siguientes especificaciones: 2.1 Cuando la fuente de señal está sin conexión a tierra, la capa de blindaje debe conectarse a tierra en el lado del ordenador ； 2.2 Cuando la fuente de señal está conectada a tierra, la capa de blindaje debe estar conectada a tierra en el lado de la fuente de señal ； 2.3 Cuando el amplificador está en estado flotante, un extremo de la capa de blindaje debe conectarse al revestimiento de blindaje, mientras que el otro extremo debería conectarse al suelo común (cuando la fuente de señal está conectada a tierra, se conecta al suelo de la señal). Conectar a tierra en el sitio cuando la fuente de señal esté aislada) ； 2.4 Cuando el cable blindado pasa por una caja de conexiones y allí se divide o se combina, es necesario conectar las capas aislantes de los cables en ambos extremos dentro de dicha caja de conexiones. VI. Métodos para reducir la resistividad del suelo en los sistemas DCS: 1. Modificar la estructura del suelo alrededor del elemento de puesta a tierra. Dentro de un radio de 2 a 3 metros alrededor del cuerpo de puesta a tierra, se incorporan sustancias que no son solubles en agua pero que tienen una buena capacidad de absorción de agua, como carbón vegetal, escoria de coque o escoria minera. Este método permite reducir la resistividad del suelo a entre 1/5 y 1/10 de su valor original. 2. Se utiliza sal y carbón para reducir la resistividad del suelo; se compactan estas sustancias en capas. Se mezcla la carbón con algo de arena, formando una capa de unos 10 a 15 cm de espesor. Luego, se coloca una capa de sal común de 2 a 3 cm de espesor. En total, se forman de 5 a 8 capas. Una vez colocado, se inserta el conductor de puesta a tierra. Este método permite reducir la resistividad a entre 1/3 y 1/5 de su valor original. Pero, con el paso del tiempo, la sal se va perdiendo con el agua que fluye. Por lo general, es necesario reponerla cada dos años. 3. Utilizar agentes químicos de reducción de resistencia de larga duración. El uso de agentes químicos para reducir la resistencia eléctrica a largo plazo permite disminuir la resistividad del suelo al 40% de su valor original. VII. Materiales y requisitos para la puesta a tierra del sistema DCS
1. Requisitos de los materiales para los elementos de puesta a tierra y las líneas principales de la red de puesta a tierra: Se pueden utilizar los tipos de acero indicados en la tabla siguiente para estos elementos. Si la resistencia de puesta a tierra no cumple con los requisitos, también se puede optar por usar material de cobre. Si los elementos de puesta a tierra y las líneas principales de la red de puesta a tierra se instalan en lugares con alta corrosividad, deben adoptarse medidas de protección contra la corrosión, como el galvanizado en caliente o el recubrimiento con estaño, o bien debe aumentarse adecuadamente el diámetro de dichos elementos. 2. Requisitos para los cables de puesta a tierra: Los cables que conectan la tierra de protección y la tierra de blindaje del sistema DCS deben ser cables o conductores con núcleo de cobre e aislamiento, y deben conectarse a la red de puesta a tierra dedicada a los sistemas eléctricos de la planta. Cuando la distancia entre los conductores de puesta a tierra es grande, cuando el sistema DCS exige una resistencia de puesta a tierra baja, o cuando hay muchas ramificaciones en la línea principal de puesta a tierra, es conveniente utilizar cables con un sección transversal mayor, según lo indicado en la tabla. VIII. Consideraciones importantes para la puesta a tierra en el sitio de instalación
1. Dado que existe aislamiento entre el cuerpo del gabinete y su base, debido al uso de caucho, así como entre la barra de puesta a tierra y la base, es necesario que la estación de control en el sitio de instalación se conecte a tierra de acuerdo con las normas establecidas. Es decir, se conectan por separado a los barramentos de tierra de la estación de control en el sitio. La conexión a tierra de la fuente de alimentación del gabinete I/O y la de la UPS deben conectarse al mismo punto de tierra, para garantizar un potencial eléctrico igual. 2. Las estaciones de operador de los distintos dispositivos hardware, las estaciones de ingeniería, los conmutadores de red, los servidores y las pantallas del sistema, entre otros, cuentan con carcasas conectadas a tierra, o bien la línea de tierra de la alimentación se conecta directamente a la red de tierra eléctrica. 3. Los 40 terminales de los módulos analógicos de los componentes I/O, es decir, el extremo negativo de 24 voltios continuos, se conectan al barramento lógico. Este barramento lógico, a su vez, está conectado al suelo de blindaje, y este último se conecta al barramento de tierra general. 4. Tierra de blindaje: La tierra de protección de la estación de control en sitio debe conectarse a los tornillos de tierra que se encuentran debajo del gabinete, y luego a la línea principal de tierra. La tierra de blindaje de la estación de control en sitio también debe conectarse a la placa de conexión común, a través de las barras de tierra. 5. Prueba de resistencia de puesta a tierra: Es necesario probar la resistencia del sistema de puesta a tierra, a fin de garantizar que cumpla con los requisitos establecidos por el fabricante del sistema de control. IX. Requisitos de las normas de instalación para la puesta a tierra: Las partes metálicas que normalmente no están cargadas eléctricamente, como la carcasa de los instrumentos eléctricos, los paneles de control, los gabinetes, cajas, compartimentos, así como los canales para cables, tuberías de protección, soportes y bases, deben ser conectados a tierra si existe el riesgo de que adquieran una tensión peligrosa debido a daños en el aislamiento. Para instrumentos locales y interruptores cuya tensión de alimentación no supera los 36 V, cuando los documentos de diseño no establecen requisitos especiales, no es necesario realizar una conexión a tierra de protección. 2. La carcasa metálica de los dispositivos eléctricos de baja tensión de pequeño tamaño, como botones, luces de señalización y relés, que se instalan en placas o discos metálicos en zonas sin riesgo de explosiones, puede no necesitar conexión a tierra, siempre y cuando esté en buen contacto con las placas o discos metálicos ya conectados a tierra. El sistema de puesta a tierra de protección de los instrumentos debe conectarse a la red de puesta a tierra de protección de los equipos eléctricos de baja tensión. La conexión debe ser firme y segura; no se debe realizar una conexión en serie. El valor de la resistencia de puesta a tierra para la protección contra cortocircuitos debe cumplir con los requisitos establecidos en los documentos de diseño. 5 Los canaletas para cables y las tuberías de protección de cables instaladas en los edificios pueden conectarse a tierra de forma reiterada. Los instrumentos y sistemas de control deben tener una conexión a tierra para su funcionamiento adecuado. Esta conexión a tierra incluye la conexión de los circuitos de señales y de los sistemas de blindaje, así como la conexión a tierra de los circuitos intrínsecamente seguros que requieren condiciones especiales. La forma en que se conecta el sistema de puesta a tierra y el valor de la resistencia de puesta a tierra deben cumplir con lo establecido en los documentos de diseño. Los circuitos de señales de los sistemas de instrumentación y control, así como la conexión a tierra de la protección contra interferencias, deben compartir el mismo dispositivo de puesta a tierra. 8. Cada circuito de instrumentos debe tener solo un punto de conexión para las señales, a menos que se utilice un aislador para separar el circuito de señales en corriente continua entre los dos puntos de conexión. El punto de conexión del circuito de señalización debe estar en el lado del instrumento de visualización. Cuando se utilizan termopares con conexión a tierra y los elementos de detección ya están conectados a tierra, no es necesario realizar una conexión a tierra adicional en el lado del instrumento de visualización. La capa de aislamiento de los cables de instrumentación debe conectarse a tierra en el lado del gabinete de instrumentos de la sala de control. La capa de aislamiento de un mismo circuito debe tener una continuidad eléctrica fiable; no debe quedar flotante ni conectada a tierra de forma duplicada. Tampoco se debe conectar a tierra directamente en los instrumentos de visualización. La capa de aislamiento del cable en los instrumentos en sitio no debe quedar expuesta fuera de la capa de protección. 11. Cuando se requiere protección contra interferencias, los hilos de reserva en los cables multipolares deben conectarse a tierra en un mismo punto. En el caso de los cables con blindaje, los hilos de reserva y la capa de blindaje del cable deben conectarse a tierra en el mismo lado. Los diferentes tipos de conexión a tierra en los circuitos que se encuentran dentro de los tableros de instrumentos, gabinetes y cajas deben conectarse, respectivamente, a las barras de conexión a tierra o a las placas de terminales de tierra. Desde allí, las líneas principales de tierra se conectan con la línea principal de tierra y con los electrodos de tierra. Las distintas ramificaciones de puesta a tierra, las barras colectoras o las placas de terminales de puesta a tierra deben estar aisladas entre sí en los puntos donde no están conectadas. 13. La conexión del sistema de puesta a tierra debe realizarse mediante cables o conductores con núcleo de cobre e aislamiento; se deben utilizar tornillos galvanizados para fijarlos. En los paneles de control, armarios y cajas, las barras de puesta a tierra también deben estar hechas de cobre y fijadas con soportes aislantes. Debe utilizarse soldadura entre la línea principal de puesta a tierra y el cuerpo de puesta a tierra. 14. Los circuitos intrínsecamente seguros, salvo que los documentos de diseño establezcan lo contrario, no deben conectarse a tierra. Cuando se utiliza una barrera de seguridad con diodos, su terminal de tierra debe conectarse al punto común de la fuente de alimentación continua. 15 La puesta a tierra antiestática debe cumplir con lo establecido en los documentos de diseño, y puede realizarse simultáneamente con las obras de protección antiestática de los equipos, tuberías e instalaciones eléctricas. Los cables de puesta a tierra deben ser cables o conductores con núcleo de cobre trenzado y aislamiento, conectados mediante pernos de cobre o galvanizados. Las barras de puesta a tierra también deben estar hechas de cobre y fijadas con soportes aislantes. 17. La sección transversal del cable de puesta a tierra debe cumplir con las especificaciones indicadas en los documentos de diseño y por el fabricante. Cuando no existan tales especificaciones, el cable de puesta a tierra debe tener una sección transversal mayor a 2 mm²; los cables secundarios de puesta a tierra deben tener una sección transversal mayor a 6 mm²; los cables principales de puesta a tierra deben tener una sección transversal mayor a 20 mm²; y los cables principales de puesta a tierra a nivel general deben tener una sección transversal mayor a 30 mm². 18. Entre la línea principal de puesta a tierra y el cuerpo de puesta a tierra debe utilizarse soldadura. Los conductores de tierra enterrados pueden soldarse con acero plano o redondo galvanizado al calor, siempre y cuando tengan la misma sección transversal útil. Las uniones pueden realizarse mediante solapamiento: en el caso de las barras planas, la longitud del solapamiento debe ser el doble de su ancho; en el caso de las barras redondas, debe ser 6 veces su diámetro. El contacto entre las partes debe ser bueno y la conexión debe ser firme. Las zonas soldadas deben someterse a un tratamiento anticorrosivo. El valor de la resistencia de puesta a tierra debe cumplir con las especificaciones indicadas en los documentos de diseño y por el fabricante. Si estos documentos no establecen ningún valor específico, entonces se deben seguir las siguientes normas: a) El valor de la resistencia de puesta a tierra para los sistemas de instrumentación suele ser de 4 Ω; no debe superar los 10 Ω en ningún caso. Cuando se dispone de un dispositivo de alarma automática para la conexión a tierra de alta sensibilidad, o de un dispositivo que interrumpe automáticamente esa conexión, el valor de la resistencia de tierra puede ser superior a 10 Ω, pero debe estar dentro de los 100 Ω. Cuando existe un sistema de protección contra rayos, la resistencia de tierra no debe superar los 1 Ω ； b. La puesta a tierra de blindaje y la puesta a tierra de funcionamiento deben estar por debajo de 10Ω ； c. La resistencia de puesta a tierra de los circuitos intrínsecamente seguros y la de otros instrumentos debe cumplir con los requisitos establecidos en la documentación técnica del producto ； d. La resistencia de puesta a tierra de los sistemas DCS, PLC y PCS debe ser inferior a 4 Ω ； e. La distancia entre los puntos de conexión al suelo debe ser mayor a 5 m. 20 Durante la instalación del sistema de puesta a tierra, es necesario llevar un registro oportuno de los trabajos realizados en las zonas ocultas