Transcript Proteção de Sistemas Digitais

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.
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.
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.
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)
Proteção de Equipamentos Eletrônicos
• Varistor
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)
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.
Proteção de Equipamentos Eletrônicos
• Resistor/Capacitor
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.
Proteção de Equipamentos Eletrônicos
• Diodo/Zener
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.
Proteção de Equipamentos Eletrônicos
• Centelhador
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.
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.
Proteção de Equipamentos Eletrônicos
• Diodo TVS (Transient Voltage Suppression
Diode)
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).
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.
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.
Proteção de Equipamentos Eletrônicos
• Filtros contra EMI
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.
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.
Proteção de Equipamentos Eletrônicos
• Índice de proteção (IP)
Proteção Intrínseca (IP) – ABNT NBR IEC 60529
Significado dos Algarismos
1º Algarismo
0 = Nenhuma proteção
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 contra ondas do mar ou jatos potentes
6 = Proteção total contra poeira
7 = Proteção contra imersão
8 = Proteção contra submersão
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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;
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;
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.
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.
Proteção de Equipamentos Eletrônicos
• Ensaios para avaliação de produtos
Proteção de Equipamentos Eletrônicos
• Avaliação do comportamento de um equipamento em
relação a um ensaio de compatibilidade eletromagnética