Fenômenos Elétricos

Pré-instalação Aprenderemos neste modulo, valiosos conceitos, noções e praticas necessárias para determinar seguramente o ambiente de instalação elétrica de equipamentos de informática. Estes conceitos, noções e praticas serão também de grande relevância no decorrer dos demais aprendizados propostos.

Energia Elétrica A energia elétrica é uma forma de energia baseada na geração de diferenças de potencial elétrico entre dois pontos, que permitem estabelecer uma corrente elétrica entre ambos. Mediante a transformação adequada é possível obter energias finais de uso direto, em forma de luz, movimento ou calor, segundo os elementos de transformação que se empreguem.

Aterramento A palavra aterramento refere-se à terra propriamente dita. O aterramento é o fio ou a barra de cobre enterrado, onde passa a corrente elétrica para o solo. Quando se diz que algum aparelho está aterrado (ou eletricamente aterrado) significa que um dos fios de seu cabo de ligação está propositalmente ligado à terra. Ao fio que faz essa ligação denominamos "fio terra".

Por que aterramento? Falar sobre aterramento e rede Elétrica pode parecer algo fora do comum na área de informática, mas se a rede elétrica que for ligada o computador não estiver bem preparada podem ocorrer choques ao usuário ou danos ao equipamento. A vida útil dos seus equipamentos de informática depende da qualidade da sua instalação elétrica; levando-se em consideração o aterramento e os equipamentos de energia: estabilizador, nobreak e filtro de linha.

Acontece que o fio neutro pode ficar "sujo" devido a fugas apresentadas pelos equipamentos elétricos presentes na sua casa ou trabalho, pois ele é o retorno natural de corrente. Então o terra é o referencial de zero ideal para os equipamentos de informática em geral, além de receber descargas elétricas para evitar choques aos usuários, nas carcaças dos equipamentos. Tem equipamentos que simplesmente não funcionam sem aterramento.

Outro ponto de dúvida é o valor da resistência de aterramento Outro ponto de dúvida é o valor da resistência de aterramento. Ela mede a capacidade do aterramento de descarregar a energia para a terra. Quanto menor essa resistência, melhor para a instalação, pois mais rápida será a atuação das proteções. Embora alguns fornecedores cheguem a exigir 1 ohm (é a Unidade de Resistência), a norma de instalações elétricas (NBR 5410/97) não define diretamente nenhum valor, enquanto a norma americana de instalação elétrica exige um valor máximo de 25 ohms. A norma brasileira de proteção contra descargas atmosféricas (NBR 5419/93) recomenda um valor máximo de 10 ohms.

Hastes para o aterramento

Formatos

Confecção A confecção de aterramento é uma atribuição de engenharia. Nós podemos e devemos nos certificar se este esta dentro do padrão NBR 5410/97 e NBR 5419/93. O aterramento deve ser de ponto único e não deve ser curto-circuitado ao neutro

Gel Redutor de resistência FASTGEL é um tratamento natural para solos de alta resistividade. O Fastgel é um produto não tóxico e não agride o meio ambiente de acordo com ensaios feitos em laboratórios especializados. É fornecido em embalagem contendo 12kg (1 dose)

Características técnicas: 1- Densidade 0,000925g/mm3 (seco) 2- Poder de inchamento proporcionando um maior e melhor contato entre haste/condutor a terra 3- Baixa resistência e alta condutividade. Podendo baixar a resistência do aterramento em até 75% 4- Não é lixiviável ou seja, não se dispersa na época de chuvas

Proporciona redução substancial no valor da resistência de aterramento (variando de acordo com as condições do solo, podendo chegar em até 75%); Tem uma vida útil longa, pois o material não se dispersa sob a chuva; Aumento da segurança em função da diminuição da resistência do aterramento; Facilidade e rapidez na aplicação e; O FASTGEL cumpre com as exigências apontadas no início ou seja: Não agride ao meio ambiente e não é um elemento tóxico (vide laudos); Não é corrosivo (ph neutro); Apresenta excelente condutibilidade.

Aterramento Para medir um aterramento, devemos faze-lo diretamente junto as hastes, utilizando um Megometro ou terrometro. Existem megometros/terrometros que tem 3 ou 4 pontos de conexão simultânea. A medição é feita no mínimo por três vezes em direções diferentes, seguindo a linha das hastes conforme simulação

Ligação da Tomada 2P1T

Ligação da Tomada 2P1T

Dicas Ao medir entre terra e neutro a tensão não pode ser superior a 1,0 Volts. Em sendo será necessário melhorar o aterramento no neutro da concessionária ate que a medida seja inferior a voltagem limite. A resistência do aterramento só é medida diretamente junto as hastes por meio de um termômetro ou megometro, nunca na tomada.

Senoide Normal

Distorções, eventos críticos

1. Surtos de Tensão São transientes de alta energia, que muitas vezes atingem a magnitude de kilovolts e aparecem na rede elétrica com muita freqüência, principalmente no verão pela ação de descargas atmosféricas (raios). De todos os eventos críticos, os surtos de tensão são os potencialmente mais perigosos e provocam grandes estragos, queimando placas de computadores, placas de rede, winchester, fontes de alimentação, hubs, fiação de rede, etc. Os efeitos destes transientes na rede telefônica, por terem uma impedância maior que a rede elétrica, são ainda mais danosos.

Distorções, eventos críticos

2. Ruídos de Linha São ruídos de alta-freqüência provocados pela conexão de equipamentos como motores, ar-condicionados, fontes chaveadas, etc., à rede elétrica.Dependendo da magnitude, provocam por exemplo, o efeito de chuviscamento na tela de televisores, monitores, etc.

Distorções, eventos críticos

3. Distorção Harmônica Este fenômeno é uma deformação da senóide (formato da onda) e é provocado por cargas pesadas conectadas à rede, do tipo de motores de indução, solenóides, geradores, etc., principalmente aquelas cargas com baixo fator de potência. Este distúrbio pode provocar uma desenergização momentânea da fonte de alimentação do computador, travando-o.

Distorções, eventos críticos

4 e 5 Sub e Sobretensão de Rede Estes eventos ocorrem quando o nível da energia fornecido pela concessionária ultrapassa os limites aceitáveis e suportáveis pelos equipamentos. Se a subtensão atingir valores extrapolados, pode provocar perda de dados nos computadores, distorção na tela de monitores e televisores, etc. Ocorrendo sobretensão, certamente haverá queima de equipamentos

Distorções, eventos críticos

6. Pequenas Interrupções (efeito Flicker) Interrupções muito curtas no fornecimento da energia elétrica, com duração da ordem de milésimos de segundos e que quase sempre são imperceptíveis ao usuário. Provocam freqüentemente perda de dados em arquivos de computadores ou travamento de sistemas.

Distorções, eventos críticos

7. Grandes Interrupções (black-out) Grandes interrupções de energia ou o que popularmente chamamos de "black-out". São geralmente provocadas por algum distúrbio grave nas subestações ou na rede de distribuição. Podem durar minutos ou se prolongar por horas. Este evento é o maior causador de prejuízos em empresas. Quanto mais informatizada a empresa, maior o investimento que deverá ser realizado a fim de minimizar ou eliminar a atuação deste evento.

Distorções, eventos críticos

8. Variação da Freqüência A freqüência da energia fornecida pelas concessionárias é 60 Hz para todo o território nacional. A não variação desta freqüência, além de um limite não superior a +/- 0,5Hz é um sério compromisso que as mesmas assumem com os consumidores. Ocorrendo uma variação superior a este limite poderá provocar superaquecimento e até queima da carga* que estiver conectada à rede.

Elementos de Correção de Energia Elétrica

Aprenderemos neste modulo o funcionamento básico de cada elemento de correção elétrica existente e sua aplicabilidade quanto a relação custo x beneficio. Faremos um paralelo com cada evento critico e a melhor alternativa de segurança para corrigir ou evitar tal surto. Conheceremos e manusearemos ferramentas básicas. Entenderemos descargas eletrostáticas (ESD) e a necessidade de prevenção

Filtro de linha

Composição Internamente tem filtros (capacitores, variac e fusível), capazes de eliminar ruídos de alta freqüência geralmente causados por motores elétricos (principalmente do tipo que usa escova), reatores de lâmpadas florescentes e compressores (ar condicionado, geladeira, bebedouro, etc.) Só funciona se existir aterramento!

Estabilizadores

O que é? O estabilizador é um equipamento que corrige a tesão que recebe da rede elétrica e a fornece estabilizada aos equipamentos, protegendo-os desta forma contra tensões inadequadas (sub/sobretensão). Os estabilizadores incorporam o filtro de linha e o varistor, tornando-os eficientes também contra ruídos e surtos de tesão.

Nobreak

Como funciona? O nobreak é um equipamento que fornece energia elétrica sem interrupção a uma determinada carga, durante a falta de rede elétrica, usando outra fonte de energia, que são as baterias. O termo nobreak é muito usado no Brasil,mas o verdadeiro nome deste equipamento é UPS (Uninteruptible Power Suply, ou seja, fonte de energia sem interrupção.

Qual a função dos Nobreaks A função básica do No Break é impedir o desligamento do micro ou periférico em caso de queda de energia. Isto vale não só para os casos de black-out total, mas é especialmente importante para proteger os equipamentos contra os efeitos "flicker" (microdesligamentos, que acontecem em frações de segundos e podem causar danos à máquina). Quando a energia se interrompe, o No Break aciona suas baterias e garante um tempo de funcionamento extra. Esse tempo deve ser suficiente para que o usuário proceda ao fechamento dos arquivos com segurança e o desligamento correto do microcomputador.

Funcionamento Se houver falta de energia, sub-tensão, sobre-tensão, transientes, o nobrak passará a fornecer energia a partir das baterias (modo inversor). Para isto ele transforma os 12VDC, 24VDC ou 48VDC das baterias em 115 VAC ou 220 VAC, transferindo-a para a saída.

Tipos: Interativo – Quando á rede elétrica ele a transfere para a saída. Caso haja falha de rede, o inversor para a fornecer energia a partir da baterias. O equipamento apresenta tempo de transferência de 1 ~ 5 ms e possui estabilizador interno. Os nobreak on-line reconstroem a forma de onda a partir das baterias ou da rede. Para isto, seu circuito inversor fica funcionando durante todo o tempo. Á principal característica deste equipamento é que o tempo de transferência é nulo.

Módulos básicos

Dimensione a capacidade certa. A unidade de medida utilizada para determinar a capacidade dos No Breaks é o Volt-Ampère (VA). Como os equipamentos, em geral, têm seu consumo medido em Watts, a maioria dos usuários tem dificuldade em dimensionar o No Break adequado para seu micro e periféricos. Para resolver esta dúvida, há uma regra muito simples. Consulte no manual de seus equipamentos o consumo em Watts de cada um deles. Some todos esses valores e acrescente 20% sobre o total para chegar à capacidade do No Break adequada.

Autonomia Alguns No Breaks podem receber a adição de baterias externas. Esta é uma grande vantagem, pois com isto, o usuário consegue aumentar o tempo de autonomia. É prudente utilizar apenas um padrão de amperagem de bateria. O aumento da autonomia implica no aumento do tempo de recarga.

O que é ESD? A eletricidade estática é uma carga elétrica em repouso. Ela é gerada principalmente por um desbalanceamento de elétrons localizado sob uma superfície ou no ar do ambiente. O desbalanceamento de elétrons (em todos os casos, gerado pela falta ou excesso de elétrons) gera assim um campo elétrico que é capaz de influenciar outros objetos que se encontram a uma determinada distância. O nível de carga é afetado pelo tipo de material, velocidade de contato e separação dos corpos, umidade e diversos outros fatores.

ESD podem causar incêndios Descargas eletrostáticas podem até causar incêndios. Nos Estados Unidos ocorrem cerca de 1000 incêndios em postos de gasolina, todos os anos. Os usuários devem tocar em painéis aterrados como o indicado acima para descarregarem sua eletricidade estática, reduzindo a chance de descargas que podem causar incêndios perigosíssimos.

Descarga Eletrostática (ESD) Fenômeno da natureza se repetindo no mundo miniaturizado Exemplos de descarga eletrostática Choque ao tocar a carroceria de um automóvel Ruído (estalo) ao retirar uma blusa de material sintético Raio durante uma tempestade

Eletricidade Estática Conceitos Básicos O átomo Cargas: componentes elementares dos átomos (prótons e elétrons) Desequilíbrio do número de elétrons  gera campo eletrostático  possibilita a ocorrência de descarga eletrostática

Eletricidade Estática Natureza dos Materiais Condutor Elétrons movem-se livremente por sua estrutura As cargas ocupam todo o volume do corpo Tem suas cargas facilmente neutralizadas quando aterrado Exemplos: cobre, alumínio e ferro Isolante Elétrons não se movem livremente por sua estrutura As cargas ficam na superfície do corpo Suas cargas não são neutralizadas quando aterrado Exemplos: borracha, plástico e papel

Eletricidade Estática Geração de Cargas Atrito (triboeletricidade) Característica: Contato entre corpos gerando transferência de cargas Fatores: Área superficial, pressão de contato, velocidade de separação, umidade do ar. Desenrolar de fita adesiva Pessoa caminhando sobre piso isolante Roldanas em contato com uma esteira

Danos Eletrostáticos (ESD) Fontes de Cargas Eletrostáticas Monitores Pisos Roupas Ferramentas Plásticos / Isopor Cadernos de Vinil Fitas Adesivas Pessoas 10 67

Eletricidade Estática Série triboelétrica ( + ) ar pele vidro cabelo nylon lã seda alumínio papel algodão aço madeira borracha cobre poliestireno vinil silício teflon ( - ) borracha de silicone Exemplos da aplicação da série triboelétrica no ambiente fabril Ar ambiente Pele operador Nylon, lã vestuário Borracha solado calçado Poliestireno piso

Eletricidade Estática Geração de Cargas Indução Característica: proximidade entre corpos induz cargas num deles Fatores: grau de proximidade e quantidade de cargas + - FONTE CORPO NEUTRO CARREGADO

Eletricidade Estática Fontes de cargas eletrostáticas Corpo humano (movimento) Ambiente de manufatura (piso, equipamentos e materiais) Corpo humano (tensão gerada) * Ação 10 - 25% UR 65 - 90% UR (ambiente seco) (ambiente úmido) Caminhar sobre carpete 35000 V 1500 V Caminhar sobre piso isolante 12000 V 250 V Movimentar os braços 6000 V 100 V Manipular saco de polipropileno 18000 V 1500 V * ESD Basics, Midwest Chapter, ESD Association

Danos por Descargas Eletrostáticas Efeitos de ESD Danos em Componentes Eletrônicos <100 Volts Sentir 3,000 Volts Ouvir 4,000 Volts Ver 5,000 Volts Contact/Discharge is not Necessary to Cause Damage, Proximity is Enough 71 11

Eletricidade Estática Ambiente de Manufatura (geradores de cargas)* Superfícies de trabalho plásticas ou pintadas Pisos madeira ou concreto com cobertura isolante Vestuário calçados com solado de borracha vestimentas em acrílico ou poliéster Embalagens sacos de papel ou plástico envelopes plásticos caixas de papelão Área de trabalho frascos plásticos parafusadeiras e esteiras não aterradas * Treinamento Compaq ESD

Descarga Eletrostática (ESD) O que é ESD? Transferência abrupta de cargas de um corpo para outro até que se atinja o equilíbrio (de cargas) entre eles Efeitos da descarga eletrostática O ser humano pode “observar” os efeitos de uma ESD da seguinte forma: Tensão de descarga Efeito Até 3500 V Não sente ou ouve Acima de 3500 V Pode ser sentida Acima de 4500 V Pode ser ouvida Acima de 5000 V Pode ser vista Um componente ou produto eletrônico pode apresentar danos irreparáveis ao ser atingido por descargas eletrostáticas

Descarga Eletrostática (ESD) Modelo do Corpo Humano A descarga ocorre quando uma pessoa carregada toca um componente ou produto que esteja aterrado Modelo do Dispositivo Carregado Componente ou produto carregado que, ao tocar uma superfície aterrada possibilita a ocorrência de descarga eletrostática Modelo de Máquina Máquinas e equipamentos utilizados no processo de manufatura, não convenientemente aterrados, podem possibilitar uma descarga eletrostática

Danos por Descarga Eletrostática Impacto no Sistema ou Disco Danos Catastróficos Disco Falha Imediatamente Danos Latentes Disco poderá Falhar no Campo 12 75

Descarga Eletrostática (ESD) A ocorrência da descarga altera as características elétricas de componentes ou produtos  Falhas Catastrófica Componente ou produto sofre dano permanente Alteração no funcionamento Latente Componente ou produto sofre dano mas continua a funcionar Vida útil e desempenho comprometidos

Itens sensíveis à ESD (ESDS) Definição Todo e qualquer material passível de dano por ESD Exemplos: módulos de memória, drivers para CD-ROM e microcomputadores Classificação por nível de sensibilidade Tipo de dispositivo Sensibilidade (volts) MOSFET (sem proteção) 100 - 200 EPROM (sem proteção) 100 CMOS (com proteção) 250 - 3000 Transistores bipolares 380 - 7000 Divisão em classes de sensibilidade * Até 249 V Classe 0 De 250 V a 499 V Classe 1A De 500 V a 999 V Classe 1B De 1000 V a 1999 V Classe 1C De 2000 V a 3999 V Classe 2 De 4000 V a 7999 V Classe 3A Acima de 8000 V Classe 3B * ESD STM 5.1 - 1998; ESD Association

Itens sensíveis à ESD (ESDS) Transistor MOS Esquema tridimensional Estrutura do transistor MOS S G D S G D

Itens sensíveis à ESD (ESDS) Falhas catastróficas Estrutura de transistor MOS Estrutura de circuito integrado

Prevenção à descarga eletrostática Infra-estrutura Estações de trabalho estaticamente protegidas contra ESD (WESD) Equipamentos e ferramentas com suas partes metálicas aterradas Demarcação de área sensível à ESD Monitoração de temperatura e umidade Materiais sensíveis Estruturas de proteção contra ESD Embalagens blindadas, anti-estáticas ou dissipativas Material de proteção Pulseira de aterramento Calcanheira de aterramento Mantas Avental de algodão ou com acabamento dissipativo Loção umedecedora Ionizadores

Danos por Descargas Eletrostáticas Medidas Preventivas Utilizar sempre a Pulseira e Calcanheira Antiestáticas (Duas) Aterrar as Áreas de Trabalho / Tapetes Aterrar Carrinhos Moveis ou Fixos Remover Objetos Causadores, Fita Adesiva, Papel, etc. 13 81

Controle e proteção contra ESD Estação de trabalho estaticamente protegida (WESD) Estrutura metálica aterrada Manta dissipativa Pontos de aterramento Conectores de pulseira de proteção Identificação por simbologia padronizada

Controle e proteção contra ESD Ionizadores Equipamento para neutralização de cargas em isolantes Corrente alternada (AC) ou Corrente contínua (DC) Emissão balanceada de íons

Controle e proteção contra ESD Símbolos padronizados Identificação dos itens ESDS  Identificação de proteção Identificação de ponto de aterramento  Identificação de área sensível Indica que os itens ou materiais estão protegidos Indica precaução Caso os produtos sejam manipulados sem proteção, há risco de dano Pode conter indicação da classe de sensibilidade Indica fronteira de área sensível à ESD Só é permitido adentrar a área vestindo avental Dentro da área sensível os operadores deverão usar pulseiras ou calcanheiras de aterramento Indica ponto de aterramento Presente em WESDs ou em áreas de trabalho protegidas

Prevenção à descarga eletrostática Procedimentos Disciplina e conscientização de cada operador Testador de pulseiras e calcanheiras de aterramento Testes diários (2 vezes ao dia) antes do início dos trabalhos Uso da Planilha de registro de testes Registro de teste de pulseira/calcanheira em planilha específica para este fim

Prevenção à descarga eletrostática Atitudes e práticas de prevenção Somente manusear itens sensíveis em áreas protegidas devidamente identificadas quanto a sensibilidade à ESD Armazenar os itens sensíveis sempre em embalagens apropriadas Não transportar itens sensíveis sem que estes estejam protegidos por embalagens blindadas eletrostaticamente Conectar-se (através da pulseira) a um ponto de aterramento antes de tocar qualquer material na área de trabalho Não conectar a pulseira de aterramento em mantas ou outros pontos diferentes dos pontos de aterramento Utilizar calcanheira nas áreas protegidas com piso condutivo Não permitir que ninguém que não esteja aterrado toque em itens sensíveis Manter papel, plástico e peças de vestuário fora das WESDs

Prevenção à descarga eletrostática Auditoria Periódica Inspetor especificamente treinado Indicadores Estação de trabalho estaticamente protegidas Infra-estrutura produtiva Ambiente Materiais ESDS Materiais de proteção Práticas de prevenção Treinamento