Aterramento para Circuitos Digitais

Aterramento para Circuitos Digitais
O aterramento elétrico tem 3 funções principais: Proteger o usuário do equipamento das descargas atmosféricas através da viabilização de um caminho alternativo para a terra. Descarregar cargas estáticas acumuladas nas carcaças das máquinas ou equipamentos para a terra. Facilitar o funcionamento dos dispositivos de proteção (fusíveis, disjuntores, etc.), através da corrente desviada para a terra.

Classificação de sistemas de aterramento, conforme NBR 5410: Primeira letra: situação da alimentação em relação ao terra: T – ponto diretamente aterrado; I – isolação de todas as partes vivas em relação ao terra ou aterramento de um ponto através de uma impedância; Segunda letra: situação das massas em relação ao terra: T – massas diretamente aterradas, independentemente do aterramento eventual de um ponto de alimentação; N – massas ligadas diretamente ao ponto de alimentação aterrado (em corrente alternada, o ponto aterrado normalmente é o ponto neutro); Outra letras: disposição do condutor e do condutor de proteção: S – funções de neutro e de proteção asseguradas por condutores distintos; C – funções de neutro e de proteção combinadas em um único condutor (condutor PEN).

O Terra é um condutor construído através de uma haste metálica e que em situações normais não deve possuir corrente elétrica circulante. Por norma, o fio Terra é identificado pelas letras PE (fio cor verde e amarela). O Neutro é um condutor fornecido pela concessionária de energia elétrica pelo qual há o retorno da corrente elétrica. A Massa é a carcaça qualquer equipamento;

Terra compartilhado Deve-se evitar ao máximo a ligação de muitas máquinas em um mesmo fio Terra. Quanto maior for o número de sistemas compartilhados no mesmo terra, maiores são as chances de um equipamento interferir no outro. Isso ocorre porque as amplitudes dos ruídos podem se somar e ultrapassar a capacidade de absorção do terra.

Blindagem Aterrada Técnica para se evitar ruídos. A grande maioria dos circuitos chaveados (fontes de alimentação, inversores de frequência, reatores eletrônicos, etc.) possuem sua caixa de montagem feita de metal como blindagem. A blindagem também pode ser obtida através de malha (shield). Fisicamente, a blindagem é Gaiola de Faraday. A Gaiola de Faraday não permite que cargas elétricas penetrem ou saiam do ambiente em que estão confinadas. Ela torna-se ainda mais eficiente quando aterrada. Carcaça de qualquer equipamento não aterradas comprometem não somente a segurança do usuário, como também contribuem para a propagação de EMI.

Consequências de um mau Aterramento Falha de comunicação entre máquinas industriais e PC principalmente na comunicação serial RS-232C; Excesso de EMI (interferências eletromagnéticas); Aquecimento anormal das etapas de potência (inversores, conversores, etc.) e motorização; Em caso de computadores pessoais, funcionamento irregular com constantes “travamentos”, além de choques; Falhas intermitentes; Queima de circuitos integrados ou placas eletrônicas sem razão aparente, mesmo sendo elas novas e confiáveis; Interferências na imagem e ondulações nos monitores de vídeo.

Sistemas de Aterramento Os 3 sistemas da NBR 5410 mais utilizados na indústria são: Sistema TN-S Sistema TN-C Sistema TT

Sistemas de Aterramento Sistema TN-S Neutro aterrado na entrada da linha e levado à carga; Terra (PE) conectado à carcaça do equipamento;

Sistemas de Aterramento Sistema TN-C Terra (PEN) e Neutro são constituídos pelo mesmo condutor; Neutro é aterrado na entrada e ligado ao Terra e à Massa do equipamento; Apesar de normalizado, não é aconselhável, pois o Terra e o Neutro são constituídos pelo mesmo condutor;

Sistemas de Aterramento Sistema TT Neutro é aterrado na entrada e segue como Neutro até o equipamento; Massa do equipamento é aterrada com uma haste própria, independente da haste de aterramento do Neutro;

Sistemas de aterramento adotados para os Equipamentos Eletrônicos Sensíveis (EES): Sistema de Aterramento de Força; Sistema de Aterramento Independente; Sistema de Aterramento de Ponto Único; Sistema de Malha de Terra de Referência de Sinal;

Sistema de Aterramento de Força

Sistema de Aterramento de Força As malhas de terra do sistema de força são projetadas para operarem com correntes de baixa frequência (60 Hz). Vantagens: Equalização dos potenciais de passo e de toque; Baixas impedâncias para as correntes de curto-circuito fase-terra; Facilidade no controle da resistência de terra, que depende da resistência do condutor e da resistividade do solo segurança pessoal garantida;

Sistema de Aterramento de Força Desvantagens: Diferença de potencial entre as barras de terra de referência do sinal eletrônico, fazendo circular corrente no condutor que interliga as mesmas; Possibilidade de alteração do potencial da barra de terra de referência de sinal eletrônico, provocando funcionamento inadequado do equipamento; Elevação de potencial na malha da terra quando submetida a correntes de alta frequência. Conclusão: A malha de terra destinada ao sistema de força é inadequada para aterramento de EES.

Sistema de Aterramento Independente

Sistema de Aterramento Independente Sistema concebido para substituir o aterramento único do sistema de força; Neste sistema são construídas duas malhas de terra separadas por uma grande distância, de preferência igual ou superior a 100 m; O condutor de aterramento da barra de referência de sinal deve ser constituído de cabo isolado. A barra de terra de referência deve ser isolada da carcaça do EES. Vantagens: Baixas impedâncias para as correntes de curto-circuito e fase-terra; Facilidade no controle da resistência de terra, que depende da resistência do condutor, que é função da sua seção transversal e da resistividade do solo;

Sistema de Aterramento Independente Desvantagens: O EES está sempre sujeito a um acoplamento capacitivo, quando qualquer um dos sistemas de aterramento for submetido a uma corrente de alta frequência; A malha de terra do EES está sempre sujeita a um acoplamento resistivo, quando o sistema de aterramento de força for submetido a uma corrente elétrica; Arranjo de aterramento é proibido por diversos documentos normativos, em virtude da segurança pessoal comprometida; Conclusão: As malhas de terra independentes são inadequadas e perigosas à segurança das pessoas e à integridade dos EES e, portanto, devem ser abandonadas como prática de projeto.

Sistema de Aterramento de Ponto Único

Sistema de Aterramento de Ponto Único Caracteriza-se pelo aterramento da barra de sinal eletrônico dos EES numa barra de terra específica localizada no Quadro de Distribuição. Esta barra está conectada à malha de terra do sistema de força. A barra de terra de referência de sinal está isolada da carcaça dos EES. A barra de neutro também está isolada da carcaça do Quadro de Distribuição, configurando a condição do sistema TN-S. O aterramento das carcaças dos EES é conectado à barra de proteção do Quadro de Distribuição, através do condutor de proteção PE. Também, a carcaça do próprio Quadro de Distribuição está conectada à barra PE que, por sua vez, através de outro condutor de proteção se conecta à malha de terra do sistema de força.

Sistema de Aterramento de Ponto Único Vantagens: Equalização dos potenciais entre as barras de terra de referência de sinal e a de proteção PE para correntes de baixa frequência; Desvantagens: Instalação de duas barras de terra mais o neutro no Quadro de Distribuição; Acoplamento capacitivo entre a barra de terra mais o neutro de referência de sinal e o invólucro metálico, aterrado na barra de terra de proteção PE, quando a malha de terra é percorrida por uma corrente de alta frequência; Acoplamento capacitivo entre o terra de referência de sinal eletrônico e a carcaça dos EES; Considerando que na prática os circuitos de aterramento entre os EES e o Quadro de Distribuição são constituídos por condutores longos, poderá ocorrer elevação de potencial entre as duas barras de aterramento de força e de sinal, quando estes condutores conduzirem correntes de alta frequência; Conclusão: Esse sistema de aterramento somente atende à condição de circulação de correntes de baixa frequência. Não oferece proteção satisfatória aos EES quando circulam correntes de alta frequência. Assim, a solução não é adequada.

Sistema de Malha de Terra de Referência de Sinal

Sistema de Malha de Terra de Referência de Sinal Este sistema caracteriza-se pela construção de duas malhas de terra. A primeira deve ser projetada de maneira convencional e é destinada ao aterramento dos equipamentos de força. A segunda malha de terra, denominada malha de terra de referência de sinal, é destinada ao aterramento da barra de terra de referência de sinal eletrônico dos EES. O seu dimensionamento deve ser feito considerando a circulação de correntes de alta frequência. Tratando-se de um sistema de aterramento do tipo TN-S, a barra de terra da carcaça dos EES está conectada à barra de proteção PE instalada no Quadro de Distribuição, através do condutor de proteção isolado. Essa barra é conectada à malha de terra do sistema de força.

Sistema de Malha de Terra de Referência de Sinal Vantagens: Assegura a equalização dos potenciais das duas malhas de terra para a circulação de correntes de baixa e alta frequências. Garante a segurança pessoal, quanto às tensões de toque e de passo; Desvantagens: A eficiência dessa solução está limitada à equalização dos potenciais das barras de terra dos sistemas de força e de sinal, evitando acoplamentos resistivos, indutivos e capacitivos para correntes de alta frequência; Existe uma situação em que esse tipo de aterramento não apresenta resposta satisfatória: atuando vários EES, localizados em prédios diferentes (centros empresariais), são interligados através de cabos de comunicação de dados, há a possibilidade de circulação de correntes de alta frequência nos condutores, e que, devido ao seu longo comprimento, permitirão elevações significativas de potencial.

Sistema de Malha de Terra de Referência de Sinal O Sistema de Malha de Terra de Referência de Sinal é hoje empregado como a melhor forma de prover aos EES um aterramento que atenda tanto às condições de circulação de correntes de alta frequências, quanto à circulação de correntes de baixa frequência, além de equalizar os potenciais das duas malhas. Dessa forma, as perigosas correntes de descarga atmosférica que circulam pela malha de terra não provocam distúrbios prejudiciais aos EES.

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