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Eletromagnetismo: Interferência e Aterramento Elétrico, Notas de estudo de Engenharia Elétrica

Este documento aborda o fenômeno da interferência eletromagnética (emi) e suas consequências na comunicação serial rs 232. O texto explica o papel do aterramento elétrico na mitigação da emi e apresenta técnicas como aterramento de blindagens e compartilhamento de terra. Além disso, são apresentadas fórmulas básicas para o cálculo do aterramento elétrico.

Tipologia: Notas de estudo

Antes de 2010

Compartilhado em 31/08/2010

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davi-bevilaqua-heinz-7 🇧🇷

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EMI (Eletromagnetic Interference)
Qualquer condutor de eletricidade
ao ser percorrido por uma corrente
elétrica, gera ao seu redor um campo
eletromagnético. Dependendo da fre-
qüência e intensidade da corrente elé-
trica, esse campo pode ser maior ou
menor. Quando sua intensidade ultra-
passa determinados valores, ela pode
começar a interferir nos outros circui-
tos próximos a ele. Esse fenômeno é
a EMI.
Na verdade, os efeitos da EMI co-
meçaram a ser sentidos na 2º Guerra
Mundial.
As explosões das duas bombas
atômicas sobre o Japão irradiaram
campos eletromagnéticos tão inten-
sos, que as comunicações de rádio na
região ficaram comprometidas por
várias semanas. Atualmente, os circui-
tos chaveados (fontes de alimentação,
inversores de freqüência, reatores ele-
trônicos, etc. ) são os principais gera-
dores de EMI. O “chaveamento” dos
transistores (PWM) em freqüências de
2 a 30 kHz geram interferências que
podem provocar o mau funcionamen-
to de outros circuitos próximos, tais
como CPUs, e dispositivos de comu-
nicação (principalmente RS 232).
Podemos perceber a EMI em rá-
dios AM colocados próximos a reato-
res eletrônicos de lâmpadas fluores-
centes, principalmente nas estações
acima dos 1000 KHz. Uma das técni-
cas para atenuar a EMI é justamente
um bom aterramento elétrico, como
veremos a seguir.
ATERRAMENTO NA COMUNICA-
ÇÃO SERIAL RS 232
Os sistemas de comunicações
seriais como RS 232 são especial-
mente sensíveis à EMI. A RS 232 uti-
liza o terra dos sistemas comunicantes
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 referên-
cia não está dentro do valor ideal (me-
nor ou igual a 10 ), portanto o fio ter-
ra serve como uma “antena” receptora
de EMI. Notem, pela
figura 1,
o dia-
grama simplificado do fenômeno.
Isso significa que o mau aterra-
mento é uma “porta aberta” para que
os ruídos elétricos (tais como EMI)
entrem no circuito , e causem um fun-
cionamento anormal na máquina .
ATERRAMENTO
PARTE III
ELÉTRICO
Alexandre Capelli
Finalizando o tema “Aterramento Elétrico”, este capítulo fará as
considerações finais sobre o assunto abordando agora os aspec-
tos eletrônicos. Veremos como o aterramento pode influenciar nos
diversos circuitos eletrônicos e, entre eles, na própria comunica-
ção RS 232.
Estudaremos também um pouco sobre EMI, visto que seu efeito
depende em parte da qualidade do aterramento elétrico. Além dis-
so, para quem deseja aprofundar-se um pouco mais, segue um
pequeno formulário sobre aterramento elétrico.
SABER ELETRÔNICA Nº 331/AGOSTO/200010
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EMI (Eletromagnetic Interference)

Qualquer condutor de eletricidade ao ser percorrido por uma corrente elétrica, gera ao seu redor um campo eletromagnético. Dependendo da fre- qüência e intensidade da corrente elé- trica, esse campo pode ser maior ou menor. Quando sua intensidade ultra- passa determinados valores, ela pode começar a interferir nos outros circui- tos próximos a ele. Esse fenômeno é a EMI. Na verdade, os efeitos da EMI co- meçaram a ser sentidos na 2º Guerra Mundial. As explosões das duas bombas atômicas sobre o Japão irradiaram campos eletromagnéticos tão inten- sos, que as comunicações de rádio na região ficaram comprometidas por várias semanas. Atualmente, os circui- tos chaveados (fontes de alimentação, inversores de freqüência, reatores ele- trônicos, etc. ) são os principais gera- dores de EMI. O “chaveamento” dos transistores (PWM) em freqüências de 2 a 30 kHz geram interferências que podem provocar o mau funcionamen- to de outros circuitos próximos, tais como CPUs, e dispositivos de comu- nicação (principalmente RS 232).

Podemos perceber a EMI em rá- dios AM colocados próximos a reato- res eletrônicos de lâmpadas fluores- centes, principalmente nas estações acima dos 1000 KHz. Uma das técni- cas para atenuar a EMI é justamente um bom aterramento elétrico, como veremos a seguir.

ATERRAMENTO NA COMUNICA-

ÇÃO SERIAL RS 232

Os sistemas de comunicações seriais como RS 232 são especial- mente sensíveis à EMI. A RS 232 uti- liza o terra dos sistemas comunicantes 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 referên- cia não está dentro do valor ideal (me- nor ou igual a 10 Ω), portanto o fio ter- ra serve como uma “antena” receptora de EMI. Notem, pela figura 1, o dia- grama simplificado do fenômeno. Isso significa que o mau aterra- mento é uma “porta aberta” para que os ruídos elétricos (tais como EMI) entrem no circuito , e causem um fun- cionamento anormal na máquina.

ATERRAMENTO

PARTE III

E L…TRICO

Alexandre Capelli

Finalizando o tema “Aterramento Elétrico”, este capítulo fará as

considerações finais sobre o assunto abordando agora os aspec-

tos eletrônicos. Veremos como o aterramento pode influenciar nos

diversos circuitos eletrônicos e, entre eles, na própria comunica-

ção RS 232.

Estudaremos também um pouco sobre EMI, visto que seu efeito

depende em parte da qualidade do aterramento elétrico. Além dis-

so, para quem deseja aprofundar-se um pouco mais, segue um

pequeno formulário sobre aterramento elétrico.

10 SABER ELETRÔNICA Nº 331/AGOSTO/

BLINDAGEM ATERRADA

Outra técnica para imunizar – se os ruídos elétricos é o aterramento das blindagens. O leitor poderá perceber que todos os circuitos chaveados (fon- tes de alimentação, inversores, etc.), na sua maioria, possuem sua caixa de montagem feita de metal. Essa técni- ca é a blindagem, que também é fabricada em alguns cabos através da malha (“shield”). Na verdade, fisica- mente, essa blindagem é uma 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. O próprio PC possui sua carcaça metálica, e li- gada ao terminal terra. Quando não aterramos a carcaça de qualquer equi- pamento, comprometemos não so- mente a segurança do usuário, como também contribuímos para a propaga- ção de EMI.

TERRA COMPARTILHADO

Devemos evitar ao máximo a liga- ção de muitas máquinas em um mes- mo fio terra. Quanto maior for o nú- mero de sistemas compartilhados no mesmo terra, maiores serão as chances de um equipamento interfe- rir no outro^ (figura 2 ). Isso ocorre porque as amplitudes dos ruídos podem se somar e ultra- passar a capacidade de absorção do terra. Obviamente esse problema sur- ge com maior freqüência para um fio terra que não tenha uma boa resis- tência de aterramento. Para as máqui- nas que possuem seu terra tratado quimicamente, ele não deve ser com- partilhado com outras. Cabe lembrar que o tratamento químico , ao longo do tempo, perde sua eficiência.

FORMULÁRIO

Até agora abordamos o aterramen- to elétrico de uma forma genérica e prática. Como já dissemos anterior- mente, este assunto é bastante vasto e complexo. O estudo profundo do aterramento envolve um número mui- to grande de fórmulas um tanto quan- to complicadas. De qualquer modo , seguem abaixo algumas fórmulas bá-

sicas, que podem ser úteis para um cálculo prévio à instalação do aterramento elétrico.

a) Resistência de uma haste

Rhaste = ρ a ln( 4L/d) Ω. 2 π L onde : ρ a = resistividade do solo (Ω .m.) L = comprimento da haste (m) , e d= diâmetro da haste (m).

b) Resistência equivalente à asso- ciação de hastes em paralelo

Req= K. Rhaste Onde : Req = resistência equivalente ( Ω ). Rhaste =resistência das hastes ( Ω ). K = fator de redução (depende do solo, e geometria da haste).

c) Resistência da malha de aterramento

R = ( ρ a/4). π / Amalha Onde : R = resistência da malha ( Ω ). ρ a = resistividade do solo ( Ω. m ). A = área da malha (m 2 ).

d)Determinação da janela da malha

D=C/20f

Onde : C = velocidade da luz = 300.000.000 m/s. f = freqüência (Hz). D = janela da malha (m).

CONCLUSÃO

Com estas “dicas” finais, somadas às técnicas de aterramento exploradas nos dois artigos anteriores, acredita- mos que o leitor já esteja preparado para analisar o sistema de aterramen- to da sua empresa. Fazer uma “checa- gem” completa do sistema de aterra- mento é extremamente “saudável” para os diversos equipamentos da ins- talação. Nunca se esqueçam, porém, que todo o trabalho em baixa tensão deve ser feito obedecendo às normas técnicas descritas pela NBR 5410. Oportunamente voltaremos a abor- dar este tema "Aterramento" e pedi- mos a todos os leitores que enviem suas críticas referentes aos artigos já publicados, e sugestões para próxi- mos assuntos a serem abordados. n

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