Diseño para Seguridad Eléctrica en Productos - Equipos Electrónicos
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Diseño para Seguridad Eléctrica en Productos

Aspectos de Diseño para Seguridad Eléctrica en Productos electrónicos

 

Parte 2: Proceso, clasificación, ensayos normalizados 

 

Un proceso básico de diseño de productos y equipos para seguridad eléctrica, protegiendo a usuarios de descargas, para cualquier producto o equipo, debería tener en cuenta:

 
Proceso de diseño de equipos electrónicos
Proceso de diseño de equipos electrónicos

1. Identificar los componentes críticos para su diseño, el marcado y su cumplimiento de las normas UL, CSA, VDE, TUV que se describen más adelante, dependiendo del mercado, la polución, el voltaje de trabajo, entre otros.

2. Diseño y la construcción de acuerdo a los requerimientos, teniendo en cuenta el aislamiento, espaciado, encerramiento, etiquetas, marcas, cables, materiales, documentación, usuario.

3. Pruebas, su producto debe pasar las pruebas de seguridad eléctrica relevantes, que se describirán en seguida.

 

 2.  El aislamiento del producto

 

Aislamiento para Seguridad Eléctrica

El aislamiento es la separación física, magnética y eléctrica de las partes de un circuito electrónico o eléctrico, sin que por ello dejen de funcionar entre sí. El aislamiento es una de las claves para diseñar equipos para la seguridad eléctrica, desde aplicaciones biomédicas hasta aplicaciones industriales, pues aplicando técnicas de aislamiento, los ingenieros deben proteger el equipo final y a los usuarios de las fuentes de alto voltaje y por tanto de riesgo eléctrico.

 

Descarga eléctrica riesgos
Descarga eléctrica riesgos

No sólo el aislamiento adecuado bloquea una tensión eléctrica peligrosa para los seres humanos, los equipos y otros aparatos electrónicos, sino que también puede aportar como elemento que elimine el ruido en la conmutación de alta velocidad, en aplicaciones de acondicionamiento de energía y circuitos de accionamiento del motor.

 

Sin embargo, seleccionar el aislamiento adecuado para su diseño depende de varios parámetros. Los ingenieros deben evaluar dónde se ubicará el dispositivo, cómo se utilizará y las normas de seguridad que rigen las capas de aislamiento necesarias. 

 

Los componentes electrónicos 

 

alta tensión en electrónica
alta tensión en electrónica

Debido a que sistemas, equipos electrónicos y eléctricos utilizan semiconductores de potencia discreta, como MOSFETs o IGBTs, estos son muchas veces operados con altos voltajes. Estos productos, así como sus aplicaciones en los que se utilizan, deben cumplir con la seguridad y el aislamiento que se definen en las normas de seguridad.

 

3. Clasificación de productos

 

Según la norma IEC 60601-1, la norma clasifica los productos así:

 

www.iec.ch
Norma IEC
  • Clase I—Parte con corriente, recubierta de aislamiento básico y tierra de protección.
  • Clase II—Parte con corriente recubierta de aislamiento doble o reforzado, sin conductor a tierra, con cubierta aislante, metálica o mixta.
  • Clase III—Fuente de alimentación interna. Equipos portables, bajas tensiones de seguridad.

 

4. Clases de aislamiento

 

El aislamiento se logra típicamente utilizando una de cuatro clases de aislamiento:

 

1.    La clase primera es puramente funcional. Es necesario para el correcto funcionamiento del diseño, aquí se aplican técnicas de diseño para aislar las señales de control de bajo voltaje de nivel (por ejemplo señales digitales) que luego cambian a buses o señales de alto voltaje.

 

Optoacoplador para aislamiento de seguridad eléctrica
Optoacoplador 

2.    La clase siguiente es aislamiento básico,  que es el uso de dispositivos con una resistencia de barrera de aislamiento mínima basada en la regulación, proporcionada por aisladores digitales u optoacopladores.

 

3.    La tercera clase de aislamiento se llama aislamiento doble. Las normas de seguridad establecen que estos aisladores básicos anteriores deben complementarse con otra barrera pasiva equivalente o suplementaria para proteger cualquier interfaz hombre-máquina en caso de fallos.

 

4.    La categoría final de aislamiento es aislamiento reforzado. El aislamiento reforzado es ampliamente utilizado en sistemas de alto voltaje porque combina el equivalente de doble aislamiento en una barrera. Los sistemas de detección que el aislamiento reforzado proporciona pueden reducir el consumo de energía y aumentar la eficiencia debido a su alta precisión, y frontales aislados optimizados para el consumo de energía.

 

5. Certificación de productos, pruebas y ensayos

 

equipo seguridad electrica
equipo seguridad electrica

Ante las preguntas: ¿Cómo se certifica y verifica que los productos son eléctricamente seguros? ¿Cómo prevenir riesgo eléctrico?. Para esto existen equipos especiales para realizar las diferentes pruebas eléctricas estandarizadas, según las normas anteriores. Cuando se cumplen, equivaldría a un certificado de calidad, pero para equipos electrónicos o eléctricos.

 

Estas pruebas, son ensayos no destructivos, que incluyen lo siguiente:

 

  • Inspección visual de los cables eléctricos, conectores, enchufes o tomas de corriente, así como etiquetado, marcado, sellado, símbolos e identificación.
  • Inspección visual de seguridad eléctrica
    Inspección 

    Prueba de resistencia dieléctrica o rigidez, llamada también Hipot de Corriente alterna. Se aplica un alto voltaje entre los cables de corriente alterna y la tierra, o la caja o encerramiento que tenga un punto de metal, si no tiene conexión a tierra.

    Ensayo Hipot de resistencia dieléctrica
    Ensayo Hipot de resistencia dieléctrica

    El objetivo es medir la habilidad del material de aislamiento o dieléctrico del producto, para soportar un alto voltaje y proteger a usuario, en el uso, y en caso de falla.

  • Ensayo de corriente de fuga
    Ensayo de corriente de fuga

    Prueba de corriente de fuga: Según la norma, hay diferentes tipos de corrientes de fuga, el más exigente es la norma para equipos médicos, IEC 60601-1. Existe la corriente de fuga a tierra, corriente de fuga del recinto y corriente de fuga del paciente. En los casos cuando se acumulan cargas en un equipo por fallas, la descarga de estas cargas puede ocurrir en la persona que entra en contacto con el equipo, por tanto se busca que la corriente de fuga circule hacia tierra y se proteja al mismo.

  • Aislamiento para Seguridad Eléctrica

    Prueba de resistencia de aislamiento: Es un método para caracterizar la condición o calidad de un aislador o material de aislamiento, en corriente continua, similar a Hipot, se aplica un voltaje y se divide por la corriente para hallar la resistencia del aislamiento. Se revisa que el aislamiento cumpla con las medidas de resistencia especificadas de seguridad, de acuerdo a las normas.

  • Ensayo de conexión a tierra
    Ensayo de conexión a tierra

    Ensayo de de conexión a tierra: Se verifica que la conexión a tierra del equipo bajo prueba y las conexiones metálicas descubiertas, con respecto a la tierra física, estén adecuadas, eso para facilitar descargas eléctricas en caso de falla. Esto es que la capacidad de soportar la corriente es alta y la resistencia de la conexión baja, adicionalmente no se abre el fusible o protección, entonces fluirá una corriente a través de la persona, en lugar de pasar por la adecuada conexión de tierra, causándole daños.

 

 Conclusión

 

Conformidad de seguridad electricaNo es suficiente con diseñar un producto que funcione. Las pruebas o normas de seguridad eléctrica no cubren el desempeño funcional del producto, en su lugar prueban que el producto cumple las normas y no representa riesgo en su uso, lo cual es muy deseado para emprendedores, diseñadores y fabricantes de productos electrónicos.

 

Los diseñadores debe tener en cuenta la operación normal del producto, así como las condiciones probables de falla y la prevención de fallas en el uso debidas a frio, calor, altitud, contaminación, alta tensión eléctrica, humedad, daños en la fabricación, objetos punzantes, implementando las debidas protecciones eléctricas a los equipos electrónicos, para que cumplan con las normas y sean seguros.

 

Si quiere conocer de normas, conceptos básicos y certificaciones, lea la parte 1.

Parte 1: Ensayos, Normas y Certificación de Seguridad Eléctrica para diseñadores de equipos electrónicos y eléctricos

 

Si quieres saber más sobre seguridad eléctrica, aislamientos, compatibilidad electromagnética para el diseño de productos y equipos electrónicos, escríbenos.

 

Escrito por: Ing. Virgilio Silvera VBS Lab.

 

Imagenes tomadas de  openclipar.org

Bibliografía

Chroma Usa INC. (2017). Importancia de las pruebas de Seguridad Eléctrica en productos eléctricos/electrónicos en el Mercado Mundial. Chroma USA.com , 10.

ICONTEC – Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación. (1998). NTC-2050 Código Eléctrico Colombiano. Bogotá: ICONTEC.

IEC. (2011). IEC 60601 – 1 Medical electrical equipment – Part 1: General requirements for basic safety and essential performance . Geneva, Switzerland: International Electrotechnical Commission.

INVIMA. (2009). ACTA No. 06 SALA ESPECIALIZADA DE DISPOSITIVOS MÉDICOS Y PRODUCTOS VARIOS .

Lohbeck, D. (2003). Safety Design and Certification For Test and Measurement Products. www.evaluationengineering.com- National Instruments , 5.

Medical & Electric. (22 de 1 de 2018). Obtenido de https://www.medicalelectric.com.co/blog/seguridad-electrica-en-la-uci

Ministerior de Minas. (2013). Retie- Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas. Bogotá: MinMinas.

NFPA . (2015). NFPA 70E – Standard for Electrical Safety in the Workplace. Quincy, Massachusetts : NFPA – National Fire Protection Association.

Sharp, l. (22 de 1 de 2018). Evaluation Engineering. Obtenido de https://www.evaluationengineering.com/the-why-when-and-how-of-electrical-safety-testing.php