Aterramento para Circuitos Digitais

1. 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.

2. Aterramento para Circuitos Digitais • 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).

3. Aterramento para Circuitos Digitais • 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;

4. Aterramento para Circuitos Digitais • 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.

5. Aterramento para Circuitos Digitais • 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.

6. Aterramento para Circuitos Digitais • 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.

7. Aterramento para Circuitos Digitais • Sistemas de Aterramento • Os 3 sistemas da NBR 5410 mais utilizados na indústria são: • Sistema TN-S • Sistema TN-C • Sistema TT

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

9. Aterramento para Circuitos Digitais • 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;

10. Aterramento para Circuitos Digitais • 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;

11. Aterramento para Circuitos Digitais • 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;

12. Aterramento para Circuitos Digitais • Sistema de Aterramento de Força

13. Aterramento para Circuitos Digitais • 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;

14. Aterramento para Circuitos Digitais • 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.

15. Aterramento para Circuitos Digitais • Sistema de Aterramento Independente

16. Aterramento para Circuitos Digitais • 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;

17. Aterramento para Circuitos Digitais • 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.

18. Aterramento para Circuitos Digitais • Sistema de Aterramento de Ponto Único

19. Aterramento para Circuitos Digitais • 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.

20. Aterramento para Circuitos Digitais • 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.

21. Aterramento para Circuitos Digitais • Sistema de Malha de Terra de Referência de Sinal

22. Aterramento para Circuitos Digitais • 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.

23. Aterramento para Circuitos Digitais • 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.

24. Aterramento para Circuitos Digitais • 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.