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Proteções contra sobretensões - uma parte do “emc”
Amigos , escrevi este e outros tópicos em outro fórum que, infelizmente fechou. Tanto os meus como vários outros postados por amigos se perderam. Alguns tutoriais e temas interessantes desapareceram. Estou recuperando parte dos meus pôsteres, principalmente os temas básicos. Aos poucos vamos atualizando informações novas no intuito de recuperar o máximo possível do trabalho feito.
Sem mais delongas vamos ao tópico;
PROTEÇÕES CONTRA SOBRETENSÕES - UMA PARTE DO EMC
1- Introdução
2- O que é EMC?
3- Voltando ao passado
4- Protetores e aterramentos equalizados
5- Revisando a Lei de Coulomb
6- Instalações de protetores seguindo a Teoria do Avião
7 Aterramento, um papel secundário?
8- Efeitos estruturais internos prediais.
9- Efeito pelicular.
10- Edificações Modernas
11- Conclusões
12- Bibliografia
1- Introdução
Têm-se observado uma grande quantidade de artigos referentes a proteções elétricas, filtros de linha, sistemas de aterramento, etc. O que estes artigos não explicam é a origem destas sobre tensões e o que seria necessário para eliminá-las ou restringi-las ao máximo seus efeitos.
O uso de protetores contra sobre tensões e filtros de linha não passam de uma parte do complexo EMC (Compatibilidade Eletromagnética).
2- O que é EMC?
De uma forma sintética, poderíamos dizer que é a habilidade ou capacidade de uma determinada estrutura ou equipamento suportar satisfatoriamente as interferências eletromagnéticas externas e, ao mesmo tempo, que as suas interferências estejam restritas e dentro das normas vigentes.
A Compatibilidade Eletromagnética possui ampla aplicação e abrangência, porém, vamos nos restringir ao assunto elétrico voltado a equipamentos sensíveis como a área de informática.
Para se ter uma idéia da complexidade do tema, a ANVISA esta diretamente ligada a uma determinada parte do EMC, as ondas irradiantes, assunto muito discutido recentemente em face do uso de celulares. www.emcert.com.br/CP[6288-1-0].pdf).
Para que possamos entender claramente o tema, precisamos voltar à teoria eletromagnética e revisar conceitos.
Quando os pesquisadores chegaram a conclusão que, determinada situação a Lei de Coulomb não se aplicava ou precisava de revisão, pensou-se que este fato chegava a ser uma heresia.
3- Voltando ao passado
A revolução tecnológica que os semicondutores proporcionaram trouxe consigo os problemas da sensibilidade elétrica. O avanço tecnológico gerado pela corrida aeroespacial, e a transferência deste conhecimento para área de informática (nos anos 60 os mainframe) levou o problema para vários locais,como área hospitalar, chão de fabricas e equipamentos em geral. http://pt.wikipedia.org/wiki/Semicondutor
A conseqüência foi que cada fabricante determinava normas de instalação para que seus equipamentos pudessem operar adequadamente e sem problemas.
Tempos depois, estas mesmas industrias, junto com centros de pesquisas de universidades e órgãos reguladores como IEC, DIN VDE e outros órgãos normalizadores governamentais, elaboraram procedimentos padrão que pudesse ser utilizado por todos uniformemente .
Os tempos modernos vieram com novos desafios com advento de processadores cada vez mais rápidos,com maior capacidade armazenamento de dados ,menor tamanho físico e maior sensibilidade elétrica.
A utilização de Micro Ondas Digitais para mais de 5000 canais, redes LAN, Fontes de PCs, equipamentos hospitalares, automação industrial e também de subestações e uma série de equipamentos com a nova tecnologia, passaram a ter problemas operacionais em situações que os similares analógicos funcionavam perfeitamente.
Como conseqüência surge à necessidade do uso de protetores contra sobre tensões, aterramento equalizado, barramento de terra única dentro de instalações para suprimir muitos destes problemas . No entanto na pratica isto nem sempre acontecia,
http://www.phoenixcontact.com.br/pro...soes/50231.htm
http://www.phoenixcontact.com.br/pro...s/240_7672.htm
O que estaria ocorrendo?
Voltemos ao enunciado da Lei de Coulomb
- A Lei de Coulomb não se aplica para raios.
Segundo o pesquisador da antiga Telebrás, os elétrons são arrancados de suas órbitas tão violentamente que o campo elétrico se deforma, gerando tensões ao longo da linha diferentes da fonte inicial conforme figura abaixo, tensão dinâmica (fontes em movimento).
Este paradigma gerou um sistema que ele chamou de Teoria do Avião . Ainda segundo o professor, os aviões de passageiros são submetidos em médias a cerca de 5 ou 6 raios/ano e nada acontece nas aeronaves mesmo com equipamentos de navegação tão sensíveis. Isso se deve a sua fuselagem formar uma gaiola de Faradey perfeita.
Analisem a seguinte instalação elétrica e as conseqüências de uma sobre tensão.
6.1- Instalação
Vejamos agora uma instalação com os protetores instalados de outra forma, o que motivou risos dos ouvintes no referido seminário quando disse;
- Façam com o toureiro e deixem o touro passar, não tentem segurar o bixo pelos chifres , numa alusão a este modo de instalação dos protetores (risos na platéia).
Vejam que o aterramento esta na carcaça da edificação ou de um contêiner .O protetor esta ligado a carcaça e não ao terra, evitando assim, o saturamento do sistema de aterramento como o mostrado anteriormente.
Os três principais tipos utilizados são;
A)Os centelhadores ou Arc Chopping , B) Varistores e C) Semicondutores.
A-1) Centelhadores ou Arc Chopping são os tipos de protetores mais antigos a serem utilizados como pára-raios. Até os dias de hoje, se encontra em instalações rurais, algumas aplicações especificas como; torre de transmissão de rádio, eletrificação rural, sobre cadeias de isoladores em alta tensão e recentemente foi observado um projeto com este protetor, utilizado ao longo da linha do Tresurb de Porto Alegre-RS. Instalados em intervalos de aproximadamente 300 metros um dos outros sobre o alimentador superior de 3 Kvdc.
A-2) Centelhadores controlados são uma nova geração destes dispositivos e podem serem utilizados como pára-raios em baixa tensão. Os tipos a gás são de larga utilização em telefonia e filtros de linha para PC´s. Figuras abaixo
A capacidade de drenagem da corrente é extremamente alta, chegando acima dos 60KA alguns t
http://www.dvtecnologia.com.br/produtos.asp?sck=5
O tipo da Phoenix produzido para entrada AC em baixa tensão até 400 Vac, para uma resposta de 100ns, onda de ensaio 10/350 us. Tensão de ignição em 4 kV/extinção em cerca de 2 kV , capacidade de corrente entre 25KA e 100 kA conforme a especificação.
B) Família dos Varistores;
Varistores feitos de óxidos metálicos são dispositivos cerâmicos semicondutores com características elétricas não lineares na curva corrente/tensão, parecidos com diodos zener , mas com uma capacidade da drenagem de corrente/energia térmica mais elevada.
Varistores comuns são produzidos por um processo de sinterização de cerâmicas prensadas que dão origem a uma estrutura desordenada de grãos condutores de ZnO cercados por finas barreiras isolantes.
http://www.nanum.com.br/arquivos_int...o_varistor.pdf
Este tipo de componente foi um grande avanço na tecnologia de proteção contra sobre tensões por possuir características de velocidade,capacidade de drenagem da corrente e rápida recomposição. Permite também que possa ser fabricado para vários níveis de tensão. Na aplicação apresenta as seguintes características; velocidade em média de 25 ns. para a curva de ensaio 8x20 us, correntes máximas de surto em 40 KA ou conforme especificações do produto. O Nível de proteção conforme o fabricante, considerando uma alimentação de 220 Vac, pode estar entre 950 Vac a 1,75 kV, dependendo do produto. Na amostragem da foto, observa-se, que o modulo é encaixável na base, protetor térmico em série,bem como, telesinalização remota.
Dados do catálogo da Phoenix Contact pags11. Conforme normas IEC61643-1:1998-02 e DIN VDE 0675 part.6: 1989-11.
O mais conhecido é diodo de supressão de transientes de tensão, conhecidos inicialmente como Transorb pela marca do fabricante. Também encontramos a designação de diodos bipolares, diodos de avalanche SAD e na fina aplicação o nosso conhecido Zener também utilizado como supressor. A diferença praticamente é que um é projetado para suportar elevada dissipação térmica, mantendo a tensão dentro de um valor especificado e a corrente sendo drenada até o limite de 10,20,30 KA. Falam que existem dispositivos importados com capacidades em torno de 100 KA.
O recomendado é que este tipo de protetor fica para a proteção de equipamentos enquanto os outros citados anteriormente em A e B , fiquem na proteção de entrada.
Por exemplo; o tipo da Clamper DCL 275 Vac /350 Vdc para uma corrente nominal de 20 KA o nível de proteção é para 585 Volts resposta 1 ns. para a curva de ensaio 8x 20 us.
http://pt.scribd.com/doc/37822897/Catalogo-XCL
encontrar-se em instalações de origem Norte Americana, o Transorb no primeiro estágio uma pequena reatância de coordenação, normalmente feita no próprio barramento de cobre, depois os Varistores. Já nas aplicações Européias ocorre o contrario, os centelhadores no primeiro estágio, Varistores no segundo e os Transorbs no final.
Porque esta contradição na aplicação?
A resposta esta justamente na forma de onda dos raios quando transitam no meio físico e a resposta que os protetores oferecem as sobre tensões. Analisando a forma de onda de ensaio, observa-se que é de 4,5us de crista e aproximadamente a 50 us de cauda, por exemplo foto abaixo.
http://monografias.poli.ufrj.br/mono...li10000627.pdf
A maior parte da energia, esta contida na subida da onda (crista) . A filosofia da América do Norte considera que o Transorb com sua resposta em tempo de 1 ns., poderia começar a atuar na subida desta onda, limitando seu potencial de energia. Já os europeus preferem segurar esta grande energia com centelhadores reduzindo de forma coordenada (devido a diferença de velocidades dos protetores) com Varistores e semicondutores, vide exemplo abaixo.
Níveis de proteção elétrica Ondas de ensaio dos protetores
Do exposto no item 6, conclui-se que o aterramento tem um valor secundário para os equipamentos, ele é importante sim,para a nossa proteção e segurança como definido em norma. Os aviões submetidos à sobre tensões estáticas e por raios, os trabalhadores em condição especial de serviço em linha viva (o vestuário de proteção é metalizado),equipamentos operando em potenciais elevados de tensão são mostras que um determinado equipamento pode operar estabilizado naquele nível de tensão desde que o seja projetado para tal.
http://www.youtube.com/watch?v=P2LbdKxCVww
8- Efeitos estruturais internos prediais
Nos estudos sobre os efeitos que uma descarga elétrica desenvolve sobre as edificações, observou-se que a mesma, quando caia em determinado canto , irá tender a equalização junto ao solo. Isso indica que estas correntes circularão transversalmente dentro da
http://www.youtube.com/watch?v=MFLTs...eature=related
Fator importante é o transporte do cabeamento por dentro de tubulações metálicas ou eletro calhas fechadas. Que todo este conjunto esteja interligado a malha de terra. O objetivo é blindar todo cabeamento dos efeitos dos campos elétricos. Oferecer um melhor caminho para as correntes oriundas dos raios de forma que, não passem pela parte interna dos equipamentos.
9- Efeito pelicular
Paulo Moisés Almeida da Costa
O efeito pelicular ou efeito skin&
O efeito pelicular é o fenômeno responsável pelo aumento da resistência aparente de
Um condutor elétrico em função do aumento da freqüência da corrente elétrica que o
percorre.
de toda a secção reta do condutor elétrico, já em corrente alternada tal não se verifica. Na
realidade, á medida que aumenta a freqüência da corrente que percorre o condutor, o
campo magnético junto ao centro do condutor também aumenta conduzindo ao aumento da
reatância local.
Este aumento de reatância leva a que a corrente tenda a, preferencialmente,
deslocar-se pela periferia do condutor, o que implica uma diminuição da área efetiva do
condutor e logo um aumento da sua resistência aparente.
http://www.estv.ipv.pt/PaginasPessoa...lar%5Cskin.PDF
Deduz-se que o melhor condutor para AC e pulsos de alta freqüência, seja barramentos ou cordoalhas, cujo formado físico é diferente e apresenta uma menor indutância a passagem da corrente.
Em sistemas de telecomunicações , CPD, TV, automação e outros que apresentam sensibilidade a EMC, seriam ideais que utilizassem estes dispositivos pelo menos, até a caixa de inspeção do sistema de aterramento.
10 Edificações Modernas
Observa-se nas edificações atuais, que os projetistas têm procurado utilizar a estrutura do prédio, fazendo uma armadura única. Alguns casos, cabos de aço saem desde a fundação e seguem por dentro de vigas até o topo onde o anel é fechado para o SPDA.
http://www.procobre.org/pr/pdf/pdf_pr/03_aterrame.pdf
http://www.revistatechne.com.br/enge...prime50112.asp
bom sistema de equalização entre os demais equipamentos sensíveis dentro da edificação.
Outra maneira de se ter o mesmo efeito é cobrir todo o prédio com uma gaiola de Faradey conforme figura abaixo, o que é um pouco mais complexo e deve ser projetado e executado por profissional habilitado com CREA.
De todo o exposto, fica claro que a instalação de proteções contra, LEMP (Descargas Atmosféricas) LIGHTINING ELETROMAGNETC PULSE , contra ESD (Descargas Eletrostáticas) ELECTROSTAT DISCHARGE ou LEMP (chaveamento) SWITCHING ELETROMAGNETIC PULSE , geradoras de ruídos e sobre tensões elétricas devem serem realizados por profissionais especializados não cabendo ação de amadores e não habilitados pois existem riscos sérios de segurança. O uso de protetores domesticamente usados como; réguas de proteção e filtros são um paliativo para proteção de pc´s e no-break´s de uso estritamente doméstico. Este tipo de proteção não terá efeito se a edificação não tiver o projeto de construção bem adaptado para a situação de sensibilidade dos nossos equipamentos atuais. Muitos prédios antigos apresentam um SPDA antigo com uma descida só, ainda. Isso contribuirá para os efeitos danosos aqui comentados. A norma atualizada exige que um SPDA tenha no mínimo duas descidas ,mas isso, nem todas as edificações antigas estão atualizadas para tanto.
http://youtu.be/ysdkCDtsG1c
O uso de calhas em cabeamento estruturado / sistemas de comunicação de dados como automação deverá merecer uma atenção especial, conhecendo-se em primeiro lugar, o local e o risco que esta instalação esta sujeita as interferências por EMC.
Conclui-se também, que o homem, atrás de perguntas a seus questionamentos, acaba contradizendo verdades anteriormente irretocáveis. A física e a ciência em geral, esta aí para estudar, confirmar, questionar e traçar novos caminhos. Desta vez foi a lei de Coulomb que sofreu uma atualização . Ela continua estudando o efeito das ondas irradiantes de celulares sobre os seres humanos, um assunto ainda controverso por falta de comprovação cientifica, no entanto, os órgãos reguladores já definiram um valor de irradiação máxima
http://www.abricem.com.br/
Tem se dito que o aumento do aquecimento global , estaria gerando tempestades mais violentas, tanto na velocidade dos ventos que atingem as redes aéreas, mas também, da intensidade dos raios. Dizia-se até a pouco tempo, que a maioria dos raios estava na ordem de 10KA e numa proporção cada vez menor os de 20,30,40, 50KA até atingir os raríssimos acima de 200 KA/ pico que são menores que 0,1%. O medo que se tem é que esta intensidade esteja mudando e o homem precise mudar mais uma vez seus conceitos neste tema. Por exemplo; redes elétricas e redes de telecomunicações e dados por via subterrânea. SPDA´s adequados a condição moderna. A NBR 5410:2004 é uma amostra de atualização. Baixou o nível de proteção das instalações monofásicas/equipamentos sensíveis,para impulso máximo em 0,8KV.
Devemos estar atento ao todo das origens das sobre tensões e não só por descargas atmosféricas, pois estas estão ocorrendo cotidianamente.
http://www.natureba.com.br/aquecimento-global.htm
12- Bibliografia:
- Professor Panicale - Seminário EMC e SPDA
- Phoenix Contact protetores contra sobre tensões
- Clamper
-ABNT NBR 5410:2004
-http://www.furnas.gov.br/rindat/descargas.htm
-www.emcert.com.br/CP[6288-1-0].pdf).
http://www.abricem.com.br/
http://www.emcert.com.br/oque.htm
http://www.abricem2.com.br/web3/inde...4&limitstart=4
http://www.pti.com.br/consulta_norma...A9tica%20(EMC)
http://www.ee.pucrs.br/~fdosreis/ftp...issertacao.pdf
, http://www.ebah.com.br/content/ABAAA...letromagnetica
http://www.projetoderedes.com.br/art...magneticas.php
http://www.revistatechne.com.br/enge...prime50112.asp
APLICAÇÕES ESPECÍFICAS DE PROTEÇÃO.
O que seria aplicações específicas seria o uso de protetores contra sobre tensões, não só na rede alimentadora elétrica, mas também, em outros setores de um determinado sistema em que se tenha criticidade funcional / operacional. Tais como antenas, redes LAN, RS de comunicação e dados, telefonia, automação, comandos a longas distancias, interferências elétricas, etc.
1) Rede Alimentadora.
Muitas vezes, determinado sistema tem uma sensibilidade maior sendo preciso se limitar ainda mais os níveis de sobre tensão e ruídos elétricos. A norma brasileira (NBR 5410 -5.4.2.3. Tabela 31)seguindo este caminho já baixou o nível máximo de sobre tensões para 0,8 kV, ou seja, 800 Vac de impulso para equipamentos digitais. Ela trata como proteção de equipamentos além de outros requisitos ali indicados. Também esta sensibilidade se estende a ruídos elétricos sejam gerados por maquinas elétricas sejam gerados por chavementos eletrônicos de potencia. Um segundo elemento se inclui nesta proteção especifica da rede alimentadora, o filtro de linha. Os filtros recomendados são do tipo passa baixa, duplo LC que atenuaram os ruídos de forma que determinado equipamento opere normalmente.
Vamos utilizar produtos da Phoenix Contact um dos lideres mundiais neste seguimento.
Proteção integrada.
Proteção integrada2.
2) Rede LAN e Ethernet.
O Filtro para rede LAN é bem especifico mesmo, pois os níveis de tensão são muito baixos e visa proteção as entradas dos equipamentos contra as sobre tensões como exemplo este da foto.
3) Protetor para RS de comunicação.
Estes seguem o mesmo principio do anterior.
4) Protetor para Rede telefônica.
Este tipo de protetor deve atuar de forma integrada com aterramento e outros protetores, formando uma barreira em torno do equipamento a ser protegido.
http://i641.photobucket.com/albums/uu136/joseneves_fotos/Protetorparatelecom-1_zpsbca597d8.jpg
José Amilton
Todos os créditos estão citados acima.
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