Prof. Dr. Helder Anibal Hermini UNICAMP - FEM - DPM

1. EMI & EMC Prof. Dr. Helder Anibal Hermini UNICAMP - FEM - DPM

2. EMI e EMC A EMI e a EMC são conceitos interligados, porém, devem ser entendidas as diferenças existentes entre ambos, pois é comum que se encontrem confusões que dificultam a diagnose e a solução de problemas.

3. EMI e EMC • EMI (Electromagnetic Interference) é o fenômeno físico da interferência eletromagnética que pode ser irradiada em qualquer meio material ou em ausência de matéria, e por meio condutor elétrico sobre equipamentos. Seu espectro de frequencia é muito grande, cuja faixa cobre desde alguns kHz até GHz. Essa frequencia pode ser fixa ou não, e de amplitude também sem valor definido, ou seja, fixa ou variável. • EMC é a característica contrária a EMI, ou seja, é um parâmetro que reflete o nível de interferência que determinado equipamento emite.A EMC é o modo de comprovar que determinado dispositivo encontra-se dentro das normas internacionais de compatibilidade eletromagnética tanto de emissão como de imunidade a recepção.

4. COMPATIBILIDADE Compatibilidade, em termos de EMC, significa que determinado dispositivo não emite interferência eletromagnética acima do nível compatível com sua categoria, e apresenta determinada imunidade a EMI ao seu redor.

5. TIPOS DE INTERFERÊNCIAS A) DISTÚRBIOS DA REDE ELÉTRICA Sags - Decréscimo no valor rms do sinal de tensão ou corrente, Spikes - Picos de tensão Distorção harmônica B) ESD - ELECTRO STATIC DISCHARGE Afeta principalmente os circuitos integrados como componentes ou as placas onde esses componentes estão inseridos. A tendência para a microminiaturização e maiores velocidades de processo indicam que o problema da ESD vai continuar a afetar a indústria eletrônica de maneira cada vez mais severa.

6. TIPOS DE INTERFERÊNCIAS A) DISTÚRBIOS DA REDE ELÉTRICA Sags - Decréscimo no valor rms do sinal de tensão ou corrente, Spikes - Picos de tensão Distorção harmônica B) ESD - ELECTRO STATIC DISCHARGE Afeta principalmente os circuitos integrados como componentes ou as placas onde esses componentes estão inseridos. A tendência para a microminiaturização e maiores velocidades de processo indicam que o problema da ESD vai continuar a afetar a indústria eletrônica de maneira cada vez mais severa.

7. TIPOS DE INTERFERÊNCIAS C) EMI Geração de ondas de alta impedância Equipamentos que operam com altas tensões e baixas correntes produzem ondas eletromagnéticas com campo elétrico de maior magnitude em relação ao campo magnético. Nesse caso, essa onda é de alta impedância. Geração de ondas de baixa impedância Equipamentos que operam com alta corrente e baixa tensão geram ondas com o campo magnético de maior magnitude em relação ao campo elétrico. Nesse caso, a onda gerada é de baixa impedância.

8. TIPOS DE INTERFERÊNCIAS C) EMI De forma geral, a EMI gerada por esses equipamentos se propaga no espaço. Todo circuito eletrônico gera EMI, porém equipamentos que operam acima dos 10 Khz, e com tensão elevada com relação a corrente são os maiores geradores de EMI. Exemplos:Inversores de freqüência, fontes chaveadas, circuitos com PWM, etc...

9. SOBRETENSÕES DE ORIGEM ATMOSFÉRICA (A ANATOMIA DO RAIO) Corrente: 2000 a 200 000 A Tensão Moderada: 100 a 1000000 kV Duração média: 70 a 200 s Potência liberada: 1000 a 8000 milhões de kwh Energia: 4 a 10 kwh Tempo de crista: 1,2 s Tempo de meia cauda: 50 s di/dt: 5,5 kA/ s

10. FENÔMENO DA TENSÃO DE PASSO Quando o raio atinge o solo, as ondas de tensão propagam-se radialmente, se deslocando do centro para a periferia. Entre uma onda e outro há uma d.d.p..

11. PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS

12. DENSIDADE SUPERFICIAL DE CARGAS E O PODER DAS PONTAS “Toda carga em um condutor se localiza em sua superfície externa”. MICHAEL FARADAY (1791 - 1867) GAIOLA DE FARADAY

13. RIGIDEZ DIELÉTRICA E O PODER DAS PONTAS

14. PARA-RAIOS • PONTO DE IMPACTO - Ponto onde uma descarga atmosférica atinge a terra, uma estrutura ou o sistema de proteção contra descargas atmosféricas. • VOLUME A PROTEGER - Volume de uma estrutura ou de uma região que requer proteção contra os efeitos das descargas atmosféricas. • SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS (SPDA) - Sistema completo destinado a proteger uma estrutura contra efeitos das descargas atmosféricas. É composto de um sistema externo e de um sistema interno de proteção.

15. DENSIDADE SUPERFICIAL DE CARGAS E O PODER DAS PONTAS • A densidade da distribuição das cargas na superfície externa de um condutor é dada por • A densidade da distribuição das cargas na superfície externa de um condutor de dimensão extensa varia em função da “topologia” da região.

16. EFEITO COROA • Nas linhas de alta tensão, é usual e aconselhável evitar ângulos agudos na trajetória dos condutores, pois podem haver nestas regiões de “pontas”, grandes densidades de carga e de força elétrica, que provocam a dispersão espontânea de cargas elétricas (efeito coroa), que se manifesta sob a forma de eflúvios fluorescentes com certa luminosidade. O fenômeno é facilitado pela presença de umidade no ar.

17. RIGIDEZ DIELÉTRICA E O PODER DAS PONTAS • O fenômeno do poder das pontas ocorre porque, em um condutor eletrizado a carga tende a se acumular nas regiões pontiagudas, criando um campo elétrico maior que nas regiões mais planas. • Se aumentarmos continuadamente a carga elétrica no condutor, a intensidade do campo elétrico em torno dele aumentará também, até que na região pontiaguda o valor da rigidez dielétrica do ar será ultrapassado antes que isto ocorra nas demais regiões. Portanto nas proximidades da região pontiaguda que o ar se tornará condutor e será através da ponta que a carga se escoará.

18. SISTEMA DE PROTEÇÃO TIPO GAIOLA DE FARADAY OU DE MALHAS Um invólucro ou malha metálicos de geométrica fechada constituem anteparos elétricos que protegem o espaço interno da qualquer campo elétrico. As malhas são eficientes desde que a área dos espaços vazios não avance sobre a superfície a proteger.

19. SISTEMA DE PROTEÇÃO TIPO GAIOLA DE FARADAY OU DE MALHAS 1) Captor Tipo Terminal 2) Cabo de Cobre 3) Suportes Isoladores 4) Tubo de Proteção 5) Malha de Aterramento 6) Conector de Medição

20. SISTEMA DE PROTEÇÃO APLICANDO CAPTOR TIPO FRANKLIN

21. SISTEMA DE PROTEÇÃO PARA ÁREAS DIVERSAS 1) CAPTOR TIPO FRANKLIN 2) POSTE METÁLICO AUTO SUPORTADO 3) CABO DE COBRE NU 4) CAIXA DE INSPEÇÃO 5) HASTE TIPO COOPERWELD 6) CONECTOR CABO HASTE

22. SISTEMAS INTEGRADOS PARA PROTEÇÃO DE EQUIPAMENTOS CONTRA SURTOS DE SOBRETENÇÃO 1) PÁRA-RAIOS DE LINHA DE BAIXA TENSÃO 2) PROTETOR DE SURTOS PARA QUADRO INTERNO 3) PROTEÇÃO INTEGRADA PARA PABX, FAC-SIMILE 4) PROTEÇÃO INTEGRADA PARA MODEM, MICRO E LINHA LP 5) ATERRAMENTO HÍBRIDO PARA MÁQUINAS E EQUIPAMENTOS 6) MALHA DE ATERRAMENTO

23. ATERRAMENTO ELÉTRICO Funções Fundamentais • Proteger o usuário do equipamento das cargas atmosféricas; • “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.

24. TERRA, NEUTRO E MASSA Condutor construído através de uma haste metálica e que, em situações normais, não deve possuir corrente circulante. O fio terra vem identificado pelas letras PE e deve ser de cor verde e amarela (ou apenas verde) TERRA “Condutor” fornecido pela concessionária de energia elétrica, pela qual há o retorno da corrente elétrica. NEUTRO A parte da carcaça de um equipamento que é ligada ao Terra é denominada MASSA . MASSA

25. OBSERVAÇÕES SOBRE TERRA, NEUTRO E MASSA • Teoricamente, o terminal neutro da concessionária deve ter potencial O V, porém, devido ao desbalanceamento nas fases do transformador de distribuição, é comum esse terminal assumir potenciais diferentes de O V e assim o potencial “flutue”. • O desbalancemento de fases ocorre quando tem-se consumidores com necessidades de potenciais muito distintas, ligadas em um mesmo link; • Para evitar que o potencial do terminal neutro flutue, liga-se o fio neutro a uma haste de terra e assim todo potencial que tender a aparecer será escoado para a terra.

26. TIPOS DE ATERRAMENTO • A normatização das instalações ABNT - NBR5410 • SUBSECÇÕES referentes aos possíveis sistemas de aterramento em ambiente industrial: • 6.3.3.1.1 • 6.3.3.1.2 • 6.3.3.1.3

27. PROCEDIMENTOS EM INSTALAÇÕES DE ATERRAMENTO • A haste de aterramento deve ser feita de alma de aço revestida de cobre . Seu comprimento pode variar de 2,5 a 4,0 m. As mais utilizadas são as de 2,5 m por não atingirem dutos subterrâneos em sua instalação. • O valor ideal para um bom aterramento deve ser menor ou igual a 5 . Dependendo da química do solo, mais de uma haste pode-se fazer necessária para que se aproxime desse valor, além disso, ainda se pode efetuar o tratamento químico do solo.

28. PROCEDIMENTOS EM INSTALAÇÕES DE ATERRAMENTO TRATAMENTO QUÍMICO DO SOLO • Muitas vezes o aumento do número de barras de aterramento não consegue diminuir a resistência da terra significativamente. Quando isso ocorre, deve-se tomar como medida por medida para reduzir a resistência elétrica o tratamento químico do solo. • O tratamento químico tem a desvantagem devido a absorção dos elementos adicionados, e por decorrência, com o passar do tempo a resistência volta a aumentar.

29. PROCEDIMENTOS EM INSTALAÇÕES DE ATERRAMENTO TRATAMENTO QUÍMICO DO SOLO • Existem vários produtos que podem ser colocados no solo antes ou depois da instalação da haste para a redução da resistência elétrica. A bentonita, o Earthron e o Erico-Gel são os mais utilizados, mas em linhas gerais, o produto a ser utilizado deve ter como por principais características: • Não ser tóxico; • Deve reter umidade; • Deve ser bom condutor elétrico; • Ter pH alcalino (não corrosivo); • Não deve ser solúvel em água.

30. MEDINDO O TERRA O TERRÔMETRO O TERRÔMETRO injeta uma corrente na terra que é transformada em “quedas” de tensão pelos resistores formados pelas hastes de referência, e pela própria haste do terra. Através dessa queda de potencial, o mostrador é calibrado para indicar o valor ôhmico da resistência do terra.

31. MEDINDO O TERRA "MACETE" PARA VERIFICAÇÃO DO ESTADO DO "TERRA" Escolhe-se uma fase qualquer e a conecta a um pólo de uma lâmpada elétrica comum. Em segundo lugar, liga-se a outro pólo da lâmpada na haste de terra a ser analisada. Quanto mais próximo do normal for o brilho da lâmpada, mais baixa é a resistência de terra. Ainda, utilizando um amperímetro, para um “ terra” considerado razoável, a corrente elétrica deve estar acima de 600 mA.

32. IMPLICAÇÕES DE UM MAU ATERRAMENTO • Quebra de comunicação ente máquina de PC (CLP, CNC) em modo on line. Principalmente se o protocolo de comunicação for RS - 232. • Excesso de geração de interferências eletromagnéticas; • Aquecimento anormal das etapas de potência (inversores, conversores, etc...) e motorização; • Em caso de PCs, funcionamento irregular com constantes “travamentos”; • Queima de CIs ou placas eletrônicas se razão aparente; • Interferências na imagem e ondulações em monitores de vídeo.

33. TIPOS DE ELEMENTOS PARA ATERRAMENTO • HASTE DE ATERRAMENTO • Tipo Copperweld - Alma de aço revestida de cobre. • Tipo Cantoneira Cantoneira de fero zincada, ou alumínio. • MALHAS DE ATERRAMENTO • Indicadas para locais cujo solo seja extremamente seco; • instalado antes da montagem do contrapiso do prédio e se estende por toda a área de construção; • a malha de aterramento é feita de cobre, e sua “janela” interna pode variar de tamanho dependendo da aplicação, sendo o mais usual d = 0,5 m.

34. TIPOS DE ELEMENTOS PARA ATERRAMENTO • UTILIZAÇÃO DAS FERRAGENS DA ESTRUTURA DA CONSTRUÇÃO COMO ELETRODO DE ATERRAMENTO

35. PROBLEMAS COM ATERRAMENTO ELÉTRICO LIGADO AO "PARA-RAIOS" • Em uma malha de terra ligada ao pára-raios, e também aos demais equipamentos eletroeletrônicos, caso o aterramento não esteja dentro dos valores admissíveis, o “surto” (pico de alta tensão) pode ser desviado para a carga.

36. ATERRAMENTO NA COMUNICAÇÃO SERIAL RS-232 Os sistemas de comunicações seriais como RS-232 são especialmente sensíveis a interferências eletromagnéticas. A RS-232 utiliza o terra dos sistemas de comunicação como referência para os sinais de transmissão (TX) e recepção (RX). Caso haja diferenças de potenciais entre esses terras, a comunicação poderá ser quebrada. Isso ocorre quando o terra utilizado como referência não está dentro do valor ideal, portanto o fio terra serve como “antena” receptora de EMI.

37. BLINDAGEM ATERRADA Uma técnica interessante para imunizar-se os ruídos elétricos é o aterramento das blindagens, como o caso de fontes de alimentação, inversores, gabinetes de PXI, por exemplo, os quais possuem sua caixa de montagem feita de metal, que não é nada mais que uma gaiola de Faraday, as quais se torna, mais eficientes quando aterradas.

38. TERRA COMPARTILHADO Quanto maior for o número de sistemas compartilhados no mesmo terra, maiores serão a chance de um equipamento interferir no outro. Esse problema Surge com maior freqüência para um fio terra que não tenha uma boa resistência de aterramento.

39. FORMULÁRIO BÁSICO PARA ATERRAMENTO ELÉRICO 1) Resistência de uma haste onde: a = resistividade do solo (. m) L = comprimento da haste (m) d = diâmetro da haste (m) 2) Resistência equivalente à associação de hastes em paralelo onde: Req = resistência equivalente () R haste = resistência das hastes () K = fator de redução (depende do solo e da geometria da haste)

40. D D FORMULÁRIO BÁSICO PARA ATERRAMENTO ELÉRICO 3) Resistência da malha de aterramento onde: R = resistência da malha () a = resistividade do solo ( .m) A = área da malha (m2) 4) Determinação da janela de malha onde: C = velocidade da luz (3 . 10 8 m/s) f = freqüência (Hz) D = janela da malha (m)

41. PROTEÇÃO INTERNA A PLANTA CENTELHADORES Ligação de Centelhadores em redes trifásicas Centelhador em corte

42. PROTEÇÃO INTERNA A PLANTA CENTELHADORES Tempos de extinção do arco em um centelhador Dica Prática de Campo

43. PROTEÇÃO INTERNA A PLANTA VARISTORES Varistores ligados em uma rede trifásica