| Título: | Estudio de la calibración del generador de descarga electrostática de acuerdo con la Norma IEC 61000-4-2:2008 |
| Fuente: | |
| Autor/es: | Janco, Josué Marcelo |
| Colaborador/es: | Valdés, Joaquín. tut. |
| Materias: | Gestión de la calidad; Calibración; Generadores eléctricos; Normas |
| Editor/Edición: | INCALIN;2022 |
| Licencia: | Se permite la lectura, descarga e impresión de esta obra. Todos los demás derechos están reservados. |
| Afiliaciones: | Janco, Josué Marcelo. Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Calidad Industrial (UNSAM-INTI-INCALIN); Argentina Janco, Josué Marcelo. Instituto Nacional de Tecnología Industrial. Instituto de Calidad Industrial (UNSAM-INTI-INCALIN); Argentina |
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UNIVERSIDAD DE SAN MARTÍN INSTITUTO NACIONAL DE CALIDAD INDUSTRIAL
ESPECIALIZACIÓN EN CALIDAD INDUSTRIAL
TRABAJO FINAL INTEGRADOR PARA LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE POSGRADO ESPECIALISTA EN CALIDAD INDUSTRIAL
“ESTUDIO DE LA CALIBRACIÓN DEL GENERADOR DE DESCARGA ELECTROSTÁTICA DE ACUERDO CON LA
NORMA IEC 61000-4-2:2008”
Alumno Ing. Janco, Josué Marcelo
Docente Dr. Valdés, Joaquín Buenos Aires, República Argentina Noviembre / 2022
ÍNDICE 1 INTRODUCCIÓN \_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_ 1 2 OBJETIVO \_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_ 2 3 DESARROLLO \_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_ 2
3.1 Contexto \_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_ 2 3.1.1 El Instituto de Tecnología Industrial \_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_ 2 3.1.2 El Departamento de Compatibilidad Electromagnética \_\_\_\_\_\_\_\_\_\_ 5
3.2 Ensayo de Inmunidad a las descargas electrostáticas \_\_\_\_\_\_\_\_\_\_ 13 3.3 Calibración del generador de descargas electrostáticas \_\_\_\_\_\_\_\_ 16
3.3.1 Medición de la tensión de salida de corriente continua \_\_\_\_\_\_\_\_\_ 16 3.3.2 Medición de los parámetros de la forma de onda del pulso de descarga de corriente \_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_ 17 3.4 Incertidumbre de la medición \_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_ 21 3.4.1 Evaluación de la incertidumbre para las mediciones de tensión de salida de corriente continua \_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_ 21 3.4.2 Evaluación de la incertidumbre para las mediciones de corriente \_ 22 3.4.3 Evaluación de la incertidumbre para las mediciones de tiempo de subida \_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_ 23 4 CONCLUSIÓN \_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_ 24 5 BIBLIOGRAFÍA \_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_ 25
i
1 INTRODUCCIÓN
Cuando se fabrica un producto electrónico, además de verificar que cumpla con las funciones previstas para el cual fue diseñado, se debe verificar que sea seguro desempeñando su funcionamiento durante todo su ciclo de vida.
Garantizar la seguridad funcional del equipo implica la realización de una serie de pruebas o ensayos. Entre todos los ensayos a los que puede ser sometido, un conjunto de ellos es el de que sea compatible electromagnéticamente con su entorno. Esto quiere decir que su funcionamiento esencial no se vea degradado ante la presencia de perturbaciones electromagnéticas y que éste no interfiera con otros equipos que puedan estar próximos a él.
Para asegurar la confiabilidad y repetibilidad de estas pruebas, los organismos de normalización implementaron normas de cumplimiento voluntarias que son requeridas o exigidas por diferentes organismos autorizados según el tipo de equipo en cuestión.
Estas normas contienen requisitos que indican la aplicación de perturbaciones electromagnéticas, con características definidas, al equipo bajo ensayo y además verificar que la cantidad de emisión electromagnética que emana del dispositivo no supere ciertos límites. En ambos casos, dichas características deben verificarse por medio de mediciones adecuadas que aseguren la trazabilidad metrológica de los instrumentos empleados.
El Departamento de Compatibilidad Electromagnética del Instituto Nacional de Tecnología Industrial (INTI) forma parte de esta cadena de aseguramiento que responde al concepto alemán MNPQ (Medir-Normalizar-Ensayar-Asegurar la calidad). Su rol principal es la ejecución de ensayos de compatibilidad electromagnética normalizados.
El ensayo de inmunidad a las descargas electrostáticas integra el conjunto de pruebas necesarias para verificar la compatibilidad electromagnética de un equipo eléctrico y electrónico. Las características eléctricas de dicha descarga deben cumplir con ciertos valores y tolerancias, los cuales deben medirse periódicamente: calibración. Además, estas mediciones deben ser complementadas con la estimación de la incertidumbre de acuerdo con los métodos de medición y el instrumental empleado.
Se abordará en este trabajo final integrador la calibración del instrumental utilizado para el ensayo de descarga electrostática junto con la evaluación de la incertidumbre de medición. Además, se dará contexto a las pruebas explicando las actividades y funciones del laboratorio de ensayo del Departamento de Compatibilidad Electromagnética de INTI.
1
2 OBJETIVO Describir los métodos de calibración del instrumental empleado en el ensayo de descarga electrostática, según norma IEC 61000-4-2, teniendo en cuenta la estimación de la incertidumbre de medición. 3 DESARROLLO 3.1 Contexto 3.1.1 El Instituto de Tecnología Industrial El Instituto Nacional de Tecnología Industrial (INTI) de la República Argentina, fue creado en el año 1957 por medio del Decreto-Ley N° 17138. Actualmente es un organismo descentralizado de la Secretaría de Industria y Desarrollo Productivo del Ministerio de Economía. Su misión es contribuir al desarrollo de la industria a través de la generación y la transferencia de tecnología, la certificación de procesos, productos y personas, y el aseguramiento de la calidad de los bienes y servicios producidos en todo el país. Se compone de diversos centros tecnológicos a lo largo de todo el país (Figura 1), entre centros de investigación y desarrollo, unidades de extensión, oficinas técnicas y oficinas de vinculación tecnológica en parques industriales.
Figura 1: Mapa de centros tecnológicos de INTI en el país 2
La mayor cantidad de centros se encuentran en el Parque Tecnológico Miguelete (Figura 2), ubicado en Av. General Paz Nº 5445, partido de San Martín, Provincia de Buenos Aires.
Figura 2: Mapa de edificios en el Parque Tecnológico Miguelete 3
Su organización estructural primaria se compone de la siguiente manera:
INTI Presidente Vicepresidente
GERENCIA OPERATIVA DE RELACIONES INSTITUCIONALES Y COMUNICACIÓN
GERENCIA OPERATIVA DE DESARROLLO TECNOLÓGICO E INNOVACIÓN
UNIDAD CONTROL DE GESTIÓN
DIRECCIÓN OPERATIVA
DIRECCIÓN ADMINISTRATIVA
DIRECCIÓN DE PLANEAMIENTO Y COMERCIALIZACIÓN
DEPARTAMENTO DE SUMARIOS
DEPARTAMENTO DE APLICACIÓN DEL CONVENIO DE BASILEA
UNIDAD DE AUDITORÍA INTERNA (CFN)
Figura 3: Organización estructural primaria de INTI
En particular la Dirección Operativa se compone de:
DIRECCION OPERATIVA
SUBGERENCIA OPERATIVA DE EJECUCIÓN DE PROGRAMAS
SUBGERENCIA OPERATIVA DE PLANIFICACIÓN
OPERATIVA
GERENCIA OPERATIVA DE METROLOGÍA Y
CALIDAD
GERENCIA OPERATIVA DE
SERVICIOS INDUSTRIALES
GERENCIA OPERATIVA
DE ASISTENCIA REGIONAL
ORGANISMO DE
CERTIFICACIÓN
DIRECCIÓN DE PLANEAMIENTO Y COMERCIALIZACIÓN
Figura 4: Organización estructural de la Dirección Operativa de INTI
De la Gerencia Operativa de Servicios Industriales dependen las siguientes subgerencias:
GERENCIA OPERATIVA DE
SERVICIOS INDUSTRIALES
SUBGERENCIA OPERATIVA DE MECÁNICA Y
LOGÍSTICA
SUBGERENCIA OPERATIVA DE
QUÍMICA Y AMBIENTE
SUBGERENCIA OPERATIVA DE CONSTRUCCIONES E INFRAESTRUCTURA
SUBGERENCIA OPERATIVA DE ELECTRÓNICA
Y ENERGÍA
SUBGERENCIA OPERATIVA DE
SERVICIOS SECTORIALES
SUBGERENCIA OPERATIVA DE TECNOLOGÍAS DE GESTIÓN Y CONOCIMIENTO
SUBGERENCIA OPERATIVA DE
ALIMENTOS
Figura 5: Organización estructural de la Gerencia Operativa de Servicios Industriales
4
La Subgerencia de Electrónica y Energía se integra por las siguientes unidades:
DIRECCIÓN TÉCNICA DE ELECTRÓNICA
SUBGERENCIA OPERATIVA DE ELECTRÓNICA Y
ENERGÍA
DIRECCIÓN TÉCNICA DE TIC´S Y ENERGÍA
DEPARTAMENTO DE GESTIÓN
ADMINISTRATIVA DE ELECTRÓNICA Y ENERGÍA
DEPARTAMENTO DE COMPATIBILIDAD
ELECTROMAGNÉTICA
DEPARTAMENTO DE VALIDACIÓN DE
DISPOSITIVOS Y SISTEMAS ELECTRÓNICOS
DEPARTAMENTO DE SEGURIDAD DE PRODUCTOS
ELECTRÓNICOS
DEPARTAMENTO DE MICROELECTRÓNICA
APLICADA
DEPARTAMENTO DE COMUNICACIONES
DEPARTAMENTO DE ENERGÍA
Figura 6: Organización estructural de la Subgerencia de Electrónica y Energía
3.1.2 El Departamento de Compatibilidad Electromagnética
El Departamento de Compatibilidad Electromagnética es un laboratorio dependiente de la Subgerencia de Electrónica y Energía del Instituto Nacional de Tecnología Industrial ubicado en el edificio 42 y 42B del Parque Tecnológico Miguelete.
Las funciones del departamento son:
1. Brindar servicios a la industria nacional de acuerdo con estándares nacionales e internacionales en Compatibilidad Electromagnética.
2. Brindar servicios y asistencia técnica especializada a las gerencias de Desarrollo Tecnológico e Innovación y Metrología en las tareas que ellas encomienden.
3. Ser referente técnico en el área de Compatibilidad Electromagnética (EMC) para el campo regulado por el Estado y el Programa de Metrología Legal.
4. Realizar asistencias técnicas para adecuación de productos de acuerdo a la normativa aplicable de inmunidad y emisión de perturbaciones electromagnéticas.
5
5. Realizar ensayos de conformidad de inmunidad y emisión de perturbaciones electromagnéticas para acceder al mercado nacional e internacional.
6. Realizar ensayos para el control del impacto ambiental de las Radiaciones No Ionizantes (RNI).
7. Planificar, proyectar y programar las actividades del departamento incluyendo las nuevas demandas integrándose a la planificación de la Dirección. Colaborar con la Dirección en la elaboración del Plan de Trabajo.
8. Hacer cumplir en el departamento los requisitos del sistema de calidad y la competencia técnica de los laboratorios a través de la acreditación de los ensayos, la participación en interlaboratorios, el intercambio con otras instituciones, y la actualización respecto a la industria y la tecnología relacionada.
Para poder llevar a cabo todas estas funciones, el Departamento de Compatibilidad Electromagnética se compone del siguiente recurso humano:
• Jefe de Departamento (1) • Ingenieros de laboratorio (3) • Técnicos de laboratorio (5) • Secretaria (1)
Ingenieros de laboratorio
Técnicos de
laboratorio 50 %
30 %
Jefe de
10 % Departamento
10 % Secretaria
Figura 7: Recurso humano del Departamento de Compatibilidad Electromagnética
Las principales actividades del departamento se describen en el siguiente mapa de procesos:
6
Procesos de gestión
Planificación de la dirección técnica
Convenios con otras organizaciones
Compras e inversiones
Gestión de personal
Política y objetivos del INTI
Planificación y mejoras
Usuario Requisitos/Expectativas
Usuario Requisitos/Expectativas
Procesos de Desempeño Ensayos de tipo
Asistencias técnicas Capacitaciones a terceros
Procesos de soporte
Mantenimiento de banco de ensayos
Compras de insumos
Finanzas
Almacenamiento de muestras para
ensayos
Calibración de equipamientos
internos
Soporte de redes y telefonía
Limpieza de las áreas de trabajo
Soporte informático
Auditorías internas
Aseguramiento de la calidad
Higiene y Seguridad
Capacitaciones internas
Figura 8: Mapa de procesos del Departamento de Compatibilidad Electromagnética
El proceso de desempeño “Ensayos de tipo” se compone de los siguientes subprocesos:
Recepcion de solicitud de ensayo
Presupuesto
Inicializacion
Ejecución de ensayos
Informe de ensayo
Entrega del equipo bajo
ensayo
Figura 9: Subprocesos del proceso “Ensayos de tipo”
Para describir con mayor detalle el proceso de desempeño “Ensayos de tipo”, se presenta a continuación el documento de su Descripción de Proceso:
7
Figura 10: Descripción del proceso DCEM-DP-01, página 1 8
Figura 11: Descripción del proceso DCEM-DP-01, página 2 9
Figura 12: Descripción del proceso DCEM-DP-01, página 3 10
Figura 13: Descripción del proceso DCEM-DP-01, página 4 11
Figura 14: Descripción del proceso DCEM-DP-01, página 5 12
Los ensayos de tipo que ofrece el Departamento de Compatibilidad Electromagnética de INTI están normalizados, es decir, responden a normas internacionales. Son los siguientes:
Ensayos de inmunidad
IEC 61000-4-2: Ensayo de inmunidad a las descargas electrostáticas. IEC 61000-4-3: Ensayos de inmunidad a los campos electromagnéticos,
radiados y de radiofrecuencia. IEC 61000-4-4: Ensayos de inmunidad a los transitorios eléctricos rápidos en
ráfagas. IEC 61000-4-5: Ensayos de inmunidad a las ondas de choque. IEC 61000-4-6: Inmunidad a las perturbaciones conducidas, inducidas por los
campos de radiofrecuencia. IEC 61000-4-8: Ensayos de inmunidad a los campos magnéticos a frecuencia
industrial. IEC 61000-4-11: Ensayos de inmunidad a los huecos de tensión, interrupciones
breves y variaciones de tensión. IEC 61000-4-12: Ensayo de inmunidad a la onda sinusoidal fuertemente
amortiguada. IEC 61000-4-18: Ensayo de inmunidad a la onda oscilatoria amortiguada.
Ensayos de emisión
CISPR 11: Equipos industriales, científicos y médicos. Características de las perturbaciones radioeléctricas. Límites y métodos de medición.
CISPR 32: Compatibilidad electromagnética de equipos multimedia. Requisitos de emisión.
CISPR 15: Límites y métodos de medida de las características relativas a las perturbaciones radioeléctricas de los equipos de iluminación y similares.
3.2 Ensayo de Inmunidad a las descargas electrostáticas
El ensayo de inmunidad a las descargas electrostáticas simula las descargas de electricidad estática aplicadas a equipos eléctricos y electrónicos producidas directamente por operadores, entre personas y objetos situados en las proximidades.
Al ser un ensayo del tipo normalizado, los requisitos y métodos de ensayos están descritos en la norma IEC 61000-4-2, en su versión vigente del 2008.
13
La perturbación se aplica a través de un generador de descargas electrostáticas cuyo esquema simplificado se muestra en la figura 15 y equipo real, marca EMTEST se muestra en la figura 16. El dispositivo EMTEST se compone de dos unidades: unidad base ESD 30N y la unidad de descarga (pistola) P30N. La primera contiene la fuente de alimentación de alta tensión y la segunda los circuitos de carga y descarga. La forma de onda ideal de corriente de salida se muestra en la figura 17.
Figura 15: Esquema simplificado del generador de descarga electrostática
Figura 16: Unidad base y pistola de descarga electrostática EMTEST
Figura 17: Forma de onda ideal de la corriente de descarga por contacto a 4 kV 14
Las características y funcionamiento del generador, también especificadas en la norma de referencia, debe cumplir con los requisitos indicados en la tabla 1 y 2.
Parámetros Tensión de salida, modo de descarga por contacto (ver NOTA 1)
Tensión de salida, modo de descarga en el aire (ver NOTA 1)
Tolerancia de la tensión de salida
Valores Al menos 1 kV a 8 kV, nominal
Al menos de 2 kV a 15 kV, nominal (ver NOTA 3) ±5 %
Polaridad de la tensión de salida
Positiva y negativa
Tiempo de mantenimiento
≥5s
Modo de funcionamiento de descarga
Descargas simples (ver NOTA 2)
NOTA 1: Tensión en circuito abierto medida en el electrodo de descarga del generador de ESD.
NOTA 2: El generador debería poder generar a una tasa de repetición de al menos 20 descargas por segundo para fines exploratorios.
NOTA 3: No es necesario usar un generador con una capacidad de descarga en el aire de 15 kV si la tensión de ensayo máxima usada es menor.
Tabla 1: Especificaciones generales del generador de descarga electrostática
Tensión Nivel indicada
kV
1
2
2
4
3
6
4
8
Primera cresta de la corriente de descarga
(± 15 %) A 7,5 15
22,5 30
Tiempo de subida
(± 25 %) ns 0,8 0,8 0,8 0,8
Corriente a 30 ns
(± 30 %) A 4 8 12 16
Corriente a 60 ns
(± 30 %) A 2 4 6 8
El punto de referencia para el momento de medir la corriente a 30 ns y 60 ns es el instante donde la corriente alcanza por primera vez el 10 % de la primera cresta de la corriente de descarga.
NOTA: El tiempo de subida es el intervalo de tiempo entre el 10 % y el 90 % del valor de la primera cresta de corriente
Tabla 2: Parámetros de la forma de onda de la corriente de descarga por contacto
De acuerdo con la norma ISO/IEC 17025 - Requisitos generales para la competencia de los laboratorios de ensayo y calibración, los ensayos de inmunidad a las descargas electrostáticas se realizan según un Procedimiento de Ensayo y los resultados de los mismo se registran en los Registros de Ensayos correspondientes. Además de estos documentos es importante contar con los documentos de calibración de los instrumentos. En la siguiente sección se estudian los aspectos a tener en cuenta para la calibración y evaluación de la incertidumbre del generador de descarga electrostática.
15
3.3 Calibración del generador de descargas electrostáticas
Los métodos de calibración que dan conformidad a las especificaciones anteriores se verifican a través de una serie de mediciones.
De acuerdo con las tablas 1 y 2, las especificaciones que debemos verificar son:
• Tensión de salida en alta tensión y corriente continua (CC). • Los parámetros de forma de onda del pulso de descarga de corriente ( , ,
30 y 60).
Es decir, se realizan dos tipos de mediciones: en corriente continua y corriente alterna, a los diferentes valores de tensión nominal.
La calibración completa se realizará de forma periódica.
3.3.1 Medición de la tensión de salida de corriente continua
Para medir la tensión de salida de CC de alta tensión se utiliza un voltímetro electrostático. La punta de la pistola de descarga se conecta a la entrada del voltímetro y el cable de tierra de retorno de la descarga se conecta a la entrada baja del voltímetro. Se realizan 5 mediciones en cada polaridad con el nivel de tensión nominal correspondiente y con cada punta de descarga, de contacto y por aire. Estas mediciones se registran en las tablas 3 y 4.
DESCARGA POR CONTACTO - TENSION DE ENSAYO - Vcc (± 5 %)
ESPEFICICACIONES
MEDICIONES (Vcci)
CALCULOS
Minimo Nominal Máximo
#1
#2
#3
#4
#5
s
[kV]
[kV]
[kV]
[kV]
[kV]
[kV]
[kV]
[kV]
[kV]
[kV]
0,95
1,00
1,05
1,90
2,00
2,10
3,80
4,00
4,20
5,70
6,00
6,30
7,60
8,00
8,40
-0,95 -1,00 -1,05
-1,90 -2,00 -2,10
-3,80 -4,00 -4,20
-5,70 -6,00 -6,30
-7,60 -8,00 -8,40
Tabla 3: Tabla de registro de mediciones de tensión de salida de CC –
Descargas por contacto
16
DESCARGA POR AIRE - TENSION DE ENSAYO - Vcc (± 5 %)
ESPEFICICACIONES
MEDICIONES (Vcci)
CALCULOS
Minimo Nominal Máximo
#1
#2
#3
#4
#5
s
[kV]
[kV]
[kV]
[kV]
[kV]
[kV]
[kV]
[kV]
[kV]
[kV]
1,90
2,00
2,10
3,80
4,00
4,20
7,60
8,00
8,40
14,25 15,00 15,75
-1,90 -2,00 -2,10
-3,80 -4,00 -4,20
-7,60 -8,00 -8,40
-14,25 -15,00 -15,75
Tabla 4: Tabla de registro de mediciones de tensión de salida de CC –
Descarga por aire
3.3.2 Medición de los parámetros de la forma de onda del pulso de descarga de corriente
Para medir los parámetros de la forma de onda del pulso de descarga de corriente ( , , 30 y 60) se requiere de un dispositivo para convertir la corriente en tensión, llamada Cadena de Medida, y un osciloscopio con un ancho de banda superior a 2 GHz.
La Cadena de Medida se compone de tres elementos bien caracterizados:
• Dispositivo de corriente: es una resistencia pequeña de 2 Ω, por donde se aplicará la descarga.
• Atenuador: de 20 dB, con una capacidad de potencia suficiente. • Cable: cable coaxial tipo RG400.
Cadena de Medida
Dispositivo de Corriente
Atenuador
Cable
Figura 18: Cadena de medida Estos elementos se montan en un plano vertical de tal manera que haya al menos 0,6 m entre el dispositivo de corriente y cualquier borde del plano. La disposición física de cada elemento se puede ver en la figura 19.
17
Figura 19: Configuración típica para la calibración de las características del generador de descarga electrostática
La configuración de medición de la calibración se muestra en la Figura 20.
Generador de descarga
electrostática
Pistola de descarga
Cadena de medida
Osciloscopio
Plano vertical
Figura 20: Configuración de medición para la calibración de las características del generador de descarga electrostática
18
Con esta configuración se deberá capturar con el osciloscopio cinco formas de ondas para tensiones de salida con polaridad positiva y negativa y en los niveles de tensión indicados en la Tabla 2. El osciloscopio mostrará un pulso de tensión cuando se inyecta un pulso de corriente a través de la cadena de medida. De acuerdo con el Anexo B de IEC 61000-4-2, para calcular las corrientes de descarga, las tensiones medidas en la primera cresta, en 30 ns y en 60 ns deben dividirse por la impedancia de transferencia de la cadena de medida, es decir:
donde
=
: es el valor de la corriente en la primera cresta, en 30 ns ó 60 ns
: es la lectura de tensión con el osciloscopio en la primera cresta, en 30 ns ó 60 ns
: impedancia de transferencia de la cadena de medida
El tiempo de subida de la corriente de descarga ( ) se determina teniendo en cuenta que:
dónde
= 90 − 10
: es el tiempo de subida.
10: es el tiempo medido por el marcador de inicio correspondiente al 10 % de la primera cresta de corriente.
90: es el tiempo medido por el marcador de final correspondiente al 90 % de la primera cresta de corriente.
Ejemplos de las formas de ondas capturadas por el osciloscopio se pueden ver en las figuras 21 y 22.
Los valores medidos se registran en las siguientes tablas.
PRIMER PICO DE LA CORRIENTE DE DESCARGA - Ip (± 15 %)
ESPECIFICACIONES
MEDICIONES
CALCULOS
Tension nominal Minimo Nominal Máximo
#1
#2
#3
#4
#5
s
[kV]
[A]
[A]
[A]
[A]
[A]
[A]
[A]
[A]
[kV]
[kV]
2,00
6,38
7,50
8,63
4,00
12,75 15,00 17,25
6,00
19,13 22,50 25,88
8,00
25,50 30,00 34,50
-2,00
-6,38 -7,50 -8,63
-4,00
-12,75 -15,00 -17,25
-6,00
-19,13 -22,50 -25,88
-8,00
-25,50 -30,00 -34,50
Tabla 5: Tabla de registro de mediciones de primera cresta de corriente de
descarga
19
TIEMPO DE SUBIDA - tr (± 25 %)
ESPECIFICACIONES
MEDICIONES
CALCULOS
Tension nominal Minimo Nominal Máximo
#1
#2
#3
#4
#5
s
[kV]
[ns]
[ns]
[ns]
[ns]
[ns]
[ns]
[ns]
[ns]
[ns]
[ns]
2,00
0,60
0,80
1,00
4,00
0,60
0,80
1,00
6,00
0,60
0,80
1,00
8,00
0,60
0,80
1,00
-2,00 -4,00
0,60
0,80
1,00
0,60
0,80
1,00
-6,00
0,60
0,80
1,00
-8,00
0,60
0,80
1,00
Tabla 6: Tabla de registro de mediciones de tiempo de subida de la corriente de
descarga
CORRIENTE A 30 ns - I30 (± 30 %)
ESPECIFICACIONES
MEDICIONES
CALCULOS
Tension nominal Minimo Nominal Máximo
#1
#2
#3
#4
#5
s
[kV]
[A]
[A]
[A]
[A]
[A]
[A]
[A]
[A]
[A]
[A]
2,00
2,80
4,00
5,20
4,00
5,60
8,00 10,40
6,00
8,40 12,00 15,60
8,00
11,20 16,00 20,80
-2,00
-2,80 -4,00 -5,20
-4,00
-5,60 -8,00 -10,40
-6,00
-8,40 -12,00 -15,60
-8,00
-11,20 -16,00 -20,80
Tabla 7: Tabla de registro de mediciones de la corriente de descarga a 30 ns
CORRIENTE A 60 ns - I60 (± 30 %)
ESPECIFICACIONES
MEDICIONES
CALCULOS
Tension nominal Minimo Nominal Máximo
#1
#2
#3
#4
#5
s
[kV]
[A]
[A]
[A]
[A]
[A]
[A]
[A]
[A]
[A]
[A]
2,00
1,40
2,00
2,60
4,00
2,80
4,00
5,20
6,00
4,20
6,00
7,80
8,00
5,60
8,00 10,40
-2,00
-1,40 -2,00 -2,60
-4,00
-2,80 -4,00 -5,20
-6,00
-4,20 -6,00 -7,80
-8,00
-5,60 -8,00 -10,40
Tabla 8: Tabla de registro de mediciones de la corriente de descarga a 60 ns
Figura 21: Ejemplo de forma de onda de la corriente de descarga capturada por el osciloscopio (+12 kV)
20
Figura 22: Ejemplo de forma de onda de la corriente de descarga capturada por el osciloscopio (-12 kV)
3.4 Incertidumbre de la medición
Las incertidumbres de medición se evalúan de acuerdo con JCGM 100:2008 – Evaluación de datos de medición - Guía para la Expresión de la Incertidumbre de Medida.
Las componentes de incertidumbre se consideran independientes, no correlacionadas, y se informa la incertidumbre expandida U con un nivel de confianza del 95 %.
El valor medio ( ̅) y la desviación estándar ( ) indicados en las Tablas 3 a 8 se determinan de acuerdo con:
donde
1 ̅ = ∙ ∑
=1
=
√
1 −
1
∙
∑(
−
̅ )2
=1
: es el resultado de cada medición en el nivel de tensión correspondiente. : cantidad de mediciones ( = 5).
3.4.1 Evaluación de la incertidumbre para las mediciones de tensión de salida de corriente continua
• Incertidumbre estándar tipo A
: Se estima como la incertidumbre estándar asociada al promedio de la serie de mediciones realizadas.
= = √
21
• Incertidumbre estándar tipo B
: exactitud de la medición con el voltímetro electrostático. : resolución del voltímetro electrostático.
La incertidumbre estándar combinada será:
= √ 2 + 2 + 2 La incertidumbre expandida (para un nivel de confianza del 95 %, k = 2) es:
Balance de incertidumbre:
= ∙
BALANCE DE INCERTIDUMBRE PARA LA CALIBRACIÓN DE LA TENSION DE SALIDA DE CC
Contribución Distribución
Valor
%
%
Normal k = 2
Rectangular
Divisor = 1
Comentarios %
Obtenida del certificado de calibración Obtenida de las especificaciones Obtenida de la evaluación de tipo A
Suma
-
Raiz
-
k=2
-
Tabla 9: Balance de incertidumbre para la calibración de la tensión de salida de
corriente continua
3.4.2 Evaluación de la incertidumbre para las mediciones de corriente
• Incertidumbre estándar tipo A
: Se estima como la incertidumbre estándar asociada al promedio de la serie de mediciones realizadas. = = √
• Incertidumbre estándar tipo B
: exactitud de la medición de tensión del osciloscopio. : resolución vertical del osciloscopio. : se evalúa a partir de los resultados de calibración de la cadena de
medida. : impedancia de transferencia en baja frecuencia.
22
La incertidumbre estándar combinada será:
= √ 2 + 2 + 2 + 2 + 2
La incertidumbre expandida (para un nivel de confianza del 95 %, k = 2) es:
Balance de incertidumbre:
= ∙
BALANCE DE INCERTIDUMBRE PARA LA CALIBRACIÓN DE LAS CORRIENTES DE DESCARGA
Contribución Distribución
Valor
%
%
Normal k = 2
Rectangular
Normal k = 2
Normal k = 2
Divisor = 1
Comentarios %
Obtenida del certificado de calibración Obtenida de las especificaciones Obtenida del certificado de calibración Calibración interna Obtenida de la evaluación de tipo A
Suma
-
Raiz
-
k=2
-
Tabla 10: Balance de incertidumbre para la calibración de las corrientes de
descarga
3.4.3 Evaluación de la incertidumbre para las mediciones de tiempo de subida
• Incertidumbre estándar tipo A
: Se estima como la incertidumbre estándar asociada al promedio de la serie de mediciones realizadas.
= = √
• Incertidumbre estándar tipo B
: exactitud de medición de tensión del osciloscopio. : resolución vertical del osciloscopio. : incertidumbre debida a la calibración del barrido horizontal del
osciloscopio.
: resolución horizontal del osciloscopio.
: se evalúa a partir de los resultados de calibración de la cadena de medida.
23
La incertidumbre estándar combinada será:
= √ 2 + 2 + 2 + 2 + 2 + 2
La incertidumbre expandida (para un nivel de confianza del 95 %, k = 2) es:
Balance de incertidumbre:
= ∙
BALANCE DE INCERTIDUMBRE PARA LA CALIBRACIÓN DEL TIEMPO DE SUBIDA
Contribución Distribución
Valor
%
%
Normal k = 2
Rectangular
Normal k = 2
Rectangular
Normal k = 2
Divisor = 1
Comentarios %
Obtenida del certificado de calibración Obtenida de las especificaciones Obtenida del certificado de calibración Obtenida de las especificaciones Obtenida del certificado de calibración Obtenida de la evaluación de tipo A
Suma
-
Raiz
-
k=2
-
Tabla 11: Balance de incertidumbre para la calibración del tiempo de subida de
la onda de descarga
4 CONCLUSIÓN
De acuerdo con lo expuesto en este trabajo se puede observar la forma de identificar y cuantificar las componentes de incertidumbre de medida para la calibración del generador de descarga electrostática según la norma IEC 610004-2 en el Departamento de Compatibilidad Electromagnética de INTI. Se ha explicado que calibrar estos instrumentos significa verificar a través de una serie de mediciones que las características de los mismos se encuentran en los valores correctos y dentro de las tolerancias indicadas. Esto manifiesta la importancia de realizar calibraciones periódicas para poder asegurar, con un determinado nivel de confianza, la correcta aplicación de las perturbaciones de acuerdo con las especificaciones, contribuyendo a mejorar la repetibilidad de los resultados de ensayos de descarga electrostática sobre un equipo eléctricoelectrónico.
Será objeto de un trabajo futuro la profundización y ejecución del estudio presentado aquí.
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5 BIBLIOGRAFÍA • https://www.argentina.gob.ar/inti/ • IEC 61000-4-2:2008 - Compatibilidad electromagnética (CEM). Parte 4-2:
Técnicas de ensayo y de medida. Ensayo de inmunidad a las descargas electrostáticas. • ISO/IEC 17025:2017 - Requisitos generales para la competencia de los laboratorios de ensayo y calibración. • JCGM 100:2008 – Evaluación de datos de medición - Guía para la Expresión de la Incertidumbre de Medida.
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