Proteção de Equipamentos Eletrônicos

Proteção de Equipamentos Eletrônicos
Introdução A maioria dos equipamentos eletrônicos é sensível a pulsos de alta tensão vindos pela rede elétrica ou pelos cabos de comunicação. Descargas elétricas podem induzir pulsos de mais de volts, que podem destruir componentes sensíveis das placas dos circuitos eletrônicos.

Introdução As descargas podem atingir a rede elétrica, os cabos de telefonia ou antenas e podem induzir tensões muito altas em curtos intervalos de tempo. Estes picos de tensão são chamados de transientes. Cargas indutivas, quando ligadas e desligadas, também geram transientes que podem causar problemas, ou interferências, nos equipamentos próximos ligados na mesma rede.

Geradores de Ruído Motores elétricos Fontes chaveadas Contatores Disjuntores Radiotransmissores Raios Reatores de lâmpadas fluorescentes Tiristores usados para controle de potência Aparelhos eletrodomésticos Etc.

Supressores de Ruído As principais fontes de ruído são cargas reativas. Assim, é recomendado o uso de supressores de ruído ligados em paralelo com esta carga. Os principais supressores utilizados são: Varistor Resistor/Capacitor Diodo/Zener Centelhador Diodo TVS (Transient Voltage Suppression Diode)

Varistor

Varistor Chamados de Resistores Dependentes de Tensão (Voltage Dependent Resistor – VDR). São compostos de óxido de silício. Quando a tensão (CC ou CA) entre seus terminais ultrapassa o valor especificado, sua resistência diminui, e o componente passa a conduzir, desviando o transiente para o terra. Atua como limitador de tensão. A tensão excedida é convertida em energia térmica. É muito rápido (atuação em dezenas de nanossegundos)

Varistor A especificação é dada em tensão e corrente máxima (ex. 250 V, 20 kA). Possui alta capacitância. Não é recomendado para linhas de comunicação de dados. Tem vida útil limitada em função do número de operações. Se tempo de exposição à sobretensão for excedido, o varistor se queima. Utiliza-se fusível em conjunto com varistor. Baixo custo e facilidade de manutenção.

Resistor/Capacitor

Resistor/Capacitor Uso comum em circuitos de chaveamento, principalmente circuitos com tiristores, contatores e relés. O objetivo é manter a relação dV/dt dentro da especificação, ou seja, evitar que a tensão aumente rapidamente. A energia do transiente é convertida em calor no resistor. O valor do resistor fica em torno de 100 ohms, enquanto o valor do capacitor fica em 100 nF (com tensão de trabalho compatível) para a maioria das aplicações.

Diodo/Zener

Diodo/Zener Absorve a energia do elemento indutivo quando chaveado. Operação rápida (dezenas de nanossegundos). Baixa capacidade de dissipação (máximo de 500 A). Baixa capacitância (ideal para linhas de comunicação de dados). Indicado em circuitos muito sensíveis. Capacidade de limitar pequenas sobretensões.

Centelhador

Centelhador Componente que pode ser construído com dois terminais próximos separados pelo ar. Se a tensão for maior do que a especificada, surge uma faísca entre os terminais, de modo a desviar o transiente para o terra. Também pode ser constituído por um dispositivo contendo gás sob pressão. Se a tensão é maior do que a especificada, o gás é ionizado facilitando a condução. A energia do transiente é desviada para o terra.

Centelhador Operação lenta (ordem de microssegundos). Grande capacidade de corrente (ordem de 100 kA). Gera oscilações de alta frequência no circuito protegido. Capacitância muito baixa (alguns pF). Pode ser utilizado em circuitos de transmissão de dados. Não recomendado para redes de alimentação, pois podem causar curto-circuitos. Pode usado em redes de comunicações de baixa velocidade ou de telefonia.

Diodo TVS (Transient Voltage Suppression Diode)

Diodo TVS (Transient Voltage Suppression Diode) Operação muito rápida (picossegundos). Não apresenta degradação com o tempo de uso. Pode ser monopolar (CC) ou bipolar (CC/CA). Ampla faixa de trabalho (5 a 200 V).

Proteção de linhas de comunicação de dados: Utilizar cabo com blindagem e aterrar somente uma das extremidades da blindagem. Não usar a blindagem dos cabos como condutores de dados. Ao cruzar cabos de força e cabo de dados, utilizar ângulos retos. Não colocar cabos de força e cabos de dados no mesmo conduíte. Instalar dispositivos de proteção contra surtos em ambas as extremidades da linha de comunicação. O aterramento deve ser feito por meio de cabos com o menor comprimento possível. Os dispositivos de proteção contra surtos devem ser instalados o mais próximo possível do equipamento a ser protegido.

Interferência Eletromagnética (EMI) Ruídos que interferem na comunicação de dados ou no funcionamento de equipamentos. Precauções: Correta distribuição e arranjo dos cabos nas calhas, evitando misturar cabos de alimentação com cabos de sinais. Partes metálicas inativas devem ser aterradas no armário. Caso existam elementos que causem emissão de ruídos recomenda-se o uso de blindagens especiais. Filtrar cabos de sinais e alimentação.

Filtros contra EMI

Índice de proteção (IP) A norma NBR 6146 define o grau de proteção de um equipamento através das letras IP seguida de dois números. Foi substituída pela norma NBR IEC (março de 2005). A norma é aplicada para a classificação dos graus de proteção providos para os invólucros dos equipamentos elétricos com tensão nominal não superior a 72,5 kV. Estabelece as definições de graus de proteção considerando: Proteção de pessoas contra o acesso às partes perigosas no interior do invólucro. Proteção dos equipamentos no interior do invólucro contra o ingresso de objetos sólidos estranhos. Proteção dos equipamentos no interior do invólucro contra os efeitos prejudiciais devido à penetração de água.

Índice de proteção (IP) Estabelece as designações dos graus de proteção. Estabelece os requisitos para cada designação. Estabelece os ensaios para verificar se o invólucro atende os requisitos da norma.

Índice de proteção (IP) Proteção Intrínseca (IP) – ABNT NBR IEC 60529 Significado dos Algarismos 1º Algarismo 2º Algarismo 0 = Nenhuma proteção 1 = Proteção contra entrada de objetos sólidos com Diâmetro maior que 50 mm 1 = Proteção contra quedas verticais de gotas d’água 2 = Proteção contra entrada de objetos sólidos com Diâmetro maior que 12 mm 2 = Proteção contra quedas verticais de gotas d’água para uma inclinação máxima de 15 graus 3 = Proteção contra entrada de objetos sólidos com Diâmetro maior que 2,5 mm 3 = Proteção contra água aspergida de um ângulo de +/- 69 graus 4 = Proteção contra entrada de objetos sólidos com Diâmetro maior que 1 mm 4 = Proteção contra projeções d’água 5 = Proteção contra poeira 5 = Proteção contra jatos d’água 6 = Proteção total contra poeira 6 = Proteção contra ondas do mar ou jatos potentes 7 = Proteção contra imersão 8 = Proteção contra submersão

Norma NEMA (National Electrical Manufacturers Association) A norma NEMA prove um outro método para classificação do invólucro do equipamento para indicar os vários ambientes para os quais o equipamento é adequado. Há dois locais de uso: interno ou externo. Os dígitos que designam a classe NEMA variam de 1 a 13. Se referem a uso geral, prova de tempo, prova de respingo d'água, resistente a corrosão, resistente a chuva, vedado a pó, vedado a água, vedado a óleo.

Norma NEMA (National Electrical Manufacturers Association) Basicamente, há três definições relacionadas às classes de proteção: PROVA DE – significa que o ambiente não atrapalha o funcionamento ou operação do instrumento. RESISTENTE A – significa que o instrumento não se danifica quando na presença do determinado ambiente. VEDADO A – significa que o instrumento é hermeticamente selado para aquele determinado ambiente.

Norma NEMA (National Electrical Manufacturers Association) NEMA 1 Para uso geral Executada de modo a prevenir contatos acidentais com o dispositivo protegido, para instalação interna e não exposta a condições anormais de serviço. NEMA 2 À prova de respingos Destinada a proteger contra a penetração de materiais sólidos ou líquidos (umidade), especialmente para prevenir os efeitos de condensação em atmosfera com vapor d'água. NEMA 3 À prova de tempo / Tipo NEMA 3R Estanque a chuva Destinada para instalações externas, suportando as diferentes condições do tempo, contra a penetração de umidade, pingos, geada, lama, etc. NEMA 4 Estanque à jatos de água Destinada para instalações externas e protegidas contra jatos d'água de determinada vazão.

Norma NEMA (National Electrical Manufacturers Association) NEMA 5 Estanque a poeira Provida de juntas especiais entre as chapas, para impedir a penetração de poeira. Tipo NEMA 6 Sub-aquáticos Especialmente construída de modo a operar eficientemente mesmo quando submersa na água, sob determinadas condições de pressão e tempo. NEMA 7 À prova de explosão: Classe I Presença de perigosa concentração de gases ou vapores inflamáveis. Classe I/a a interrupção do circuito ocorre no ar (à seco): 7A - em atmosfera contendo aceliteno; 7B - em atmosfera contendo hidrogênio ou gás manufaturado; 7C - em atmosfera contendo vapores de éter etílico, etileno ou ciclopropano; 7D - em atmosfera contendo gasolina, hexano, nafta, benzina, butano, propano, álcool, acetona, benzol, vapores de solvente de laca ou gás natural.

Norma NEMA (National Electrical Manufacturers Association) NEMA 8 À Prova de Explosão com contatos imersos em óleos Classe I/b A interrupção do circuito ocorre em banho de óleo. Os ambientes podem ser de tipo A, B, C ou D como Tipo NEMA 7. NEMA 9 À Prova de Explosão: Classe II Ambientes perigosos devido a presença de poeira combustível: 9E - em atmosferas contendo pó metálico, tal como alumínio, magnésio, ou suas ligas. 9F - em atmosferas contendo carbono, carvão ou coque. 9G - em atmosferas contendo pó de flúor ou amido. NEMA 10 À prova de explosão - Minas Destinada especialmente para utilização em minas de carvão, onde ocorrem emanações gasosas. Tipo NEMA 11 Resistentes a ácidos Destinada para instalação interna, onde o equipamento deve ser imerso em óleo, protegido contra ácidos ou vapores corrosivos.

Norma NEMA (National Electrical Manufacturers Association) Tipo NEMA 12 Resistentes a choques mecânicos leves Blindagem standard para uso geral em indústria, onde é desejável evitar a penetração de poeira, linha, fibra, paina, óleo, etc. É provida de juntas sintéticas entre as chapas, sem furos ou knockouts para conduítes, sendo a tampa fixa por rebites ou parafusos especiais, que ficam presos à tampa, mesmo com esta aberta. Tipo NEMA13 A prova de poeira, mas não estanque A prova de poeira, mas não estanque (sem juntas especiais).

Ensaios para avaliação de produtos Ensaio climático Avaliação de performance em relação às condições de temperatura e umidade; O equipamento é submetido a diferentes condições de temperatura e umidade durante várias horas; Ensaio de impacto Avaliação da resistência mecânica do equipamento; Ensaio de perturbação de alta frequência Aplica-se um sinal oscilatório (em torno de 1 MHz), com amplitude inicial de 2,5 kV e decaindo para metade depois de 6 s; O sinal é aplicado: Entre as entradas e a massa; Entre as saídas e a massa; Entre a alimentação e a massa;

Ensaios para avaliação de produtos Ensaio de impulso Aplica-se no equipamento uma tensão de impulso de 5,0 kV (tempos de 1,2 / 50 μs); Aplica-se três pulsos positivos e três pulsos negativos, num intervalo superior a 5 segundos entre pulsos; Os pulsos são aplicados: Entre cada circuito e a massa, sendo os terminais de cada circuito são ligados em conjunto; Entre circuito independente, sendo os terminais de cada circuito independente são ligados em conjunto;

Ensaios para avaliação de produtos Ensaio de tensão aplicada Aplicar a tensão de 2,0 KVac, 60 Hz, durante 1 minuto entre: Todos os circuitos ligados entre si e a massa; Circuito de tensão e o conjunto de outros circuitos ligados entre si e a massa; Circuito de corrente e o conjunto de outros circuitos ligados entre si e a massa; Entre dois circuitos previstos de estarem sempre ao mesmo potencial a tensão de ensaio deve ser reduzida a 500 Volts; Entre contatos abertos, o valor de tensão deverá constar do acordo entre fabricante e usuário.

Ensaios para avaliação de produtos Ensaio de resistência de isolação Tensão de ensaio de 500 Vcc durante 10 minutos: Entre todos os circuitos interconectados e a massa; Entre cada circuito. As leituras da resistência de isolação são feitas em cada intervalo de tempo (Norma IEC 348). Ensaio de vibração O equipamento fica sujeito a vibrações controladas por 30 minutos; O equipamento fica ligado o tempo todo, sendo que suas saídas são monitoradas; São verificadas as condições mecânicas antes e depois do teste.

Ensaios para avaliação de produtos

Avaliação do comportamento de um equipamento em relação a um ensaio de compatibilidade eletromagnética

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