Proteção de Equipamentos Eletrônicos

1. 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 10000 volts, que podem destruir componentes sensíveis das placas dos circuitos eletrônicos.

2. Proteção de Equipamentos 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.

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

4. Proteção de Equipamentos Eletrônicos • 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)

5. Proteção de Equipamentos Eletrônicos • Varistor

6. Proteção de Equipamentos Eletrônicos • 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)

7. Proteção de Equipamentos Eletrônicos • 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.

8. Proteção de Equipamentos Eletrônicos • Resistor/Capacitor

9. Proteção de Equipamentos Eletrônicos • 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.

10. Proteção de Equipamentos Eletrônicos • Diodo/Zener

11. Proteção de Equipamentos Eletrônicos • 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.

12. Proteção de Equipamentos Eletrônicos • Centelhador

13. Proteção de Equipamentos Eletrônicos • 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.

14. Proteção de Equipamentos Eletrônicos • 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.

15. Proteção de Equipamentos Eletrônicos • Diodo TVS (Transient Voltage Suppression Diode)

16. Proteção de Equipamentos Eletrônicos • 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).

17. Proteção de Equipamentos Eletrônicos • 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.

18. Proteção de Equipamentos Eletrônicos • 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.

19. Proteção de Equipamentos Eletrônicos • Filtros contra EMI

20. Proteção de Equipamentos Eletrônicos • 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 60529 (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.

21. Proteção de Equipamentos Eletrônicos • 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.

22. Proteção de Equipamentos Eletrônicos • Índice de proteção (IP)

23. Proteção de Equipamentos Eletrônicos • 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.

24. Proteção de Equipamentos Eletrônicos • 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.

25. Proteção de Equipamentos Eletrônicos • 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.

26. Proteção de Equipamentos Eletrônicos • 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.

27. Proteção de Equipamentos Eletrônicos • 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.

28. Proteção de Equipamentos Eletrônicos • 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).

29. Proteção de Equipamentos Eletrônicos • 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;

30. Proteção de Equipamentos Eletrônicos • 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;

31. Proteção de Equipamentos Eletrônicos • 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.

32. Proteção de Equipamentos Eletrônicos • 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.

33. Proteção de Equipamentos Eletrônicos • Ensaios para avaliação de produtos

34. Proteção de Equipamentos Eletrônicos • Avaliação do comportamento de um equipamento em relação a um ensaio de compatibilidade eletromagnética