Os ensaios de imunidade a surtos

Deve-se estabelecer uma referência comum para avaliar a imunidade de equipamentos elétricos e eletrônicos, quando sujeitos a surtos.

surto3Da Redação –

As principais origens das sobretensões transitórias são aquelas devidas às descargas atmosféricas, descargas oriundas do acúmulo de eletricidade estática entre pontos diferentes da instalação e manobras (chaveamentos) de circuitos. As sobretensões provenientes das descargas atmosféricas que incidem diretamente nas edificações, em redes aéreas de alimentação da instalação, ou muito próximo a elas, produzem tensões conduzidas e induzidas com impulsos caracterizados por seu valor de crista.

Na prática, as sobretensões transitórias são aquelas que podem causar danos mais severos às instalações elétricas em energia elétrica e de sinal aos equipamentos por elas servidos e aos seus usuários. As sobretensões causadas por manobra decorrem do seccionamento rápido (brusco) da corrente elétrica em um circuito de indutância elevada (com baixo fator de potência).

O valor da sobretensão depende da variação da intensidade da corrente seccionada e do tempo efetivo de seccionamento (U = L di/dt). Esse valor pode chegar a quatro ou cinco vezes a tensão nominal para tempos inferiores a 1ms, como os obtidos com a atuação de disjuntores de abertura rápida ou com dispositivos fusíveis.

Assim, os surtos induzidos ocorrem quando as descargas atmosféricas atingem as linhas de transmissão e distribuição de energia, incidem diretamente em árvores, estruturas ou no solo e as ondas eletromagnéticas originadas pela corrente elétrica que circula no canal da descarga atmosférica se propagam pelo meio (geralmente o ar) induzindo corrente elétrica nos condutores metálicos que estiverem em seu raio de alcance. Estima-se essa distância em campo aberto da ordem de um a três quilômetros.

Os surtos conduzidos acontecem quando uma descarga atmosférica incide diretamente sobre um componente da instalação, a edificação, ou sobre pontos muito próximos a eles. Nessa situação, todos os elementos metálicos ali existentes e o eletrodo de aterramento ficam, por frações de segundo, submetidos a níveis diferentes de potencial.

Essas diferenças de potencial vão gerar correntes de surto que circularão por diversos pontos da estrutura, inclusive, e neste caso, principalmente, pela instalação elétrica. Podem ocorrer ainda diferenças de potencial entre eletrodos de aterramento de estruturas diferentes, como, por exemplo, o eletrodo do prédio e o (s) eletrodo (s) de aterramento do(s) serviços públicos (concessionárias de energia, TV a cabo, telefonia, etc.).

Independentemente de sua origem, se pelos efeitos diretos ou indiretos dos raios, os surtos de tensão se apresentam de duas formas na instalação. O de modo comum ocorre quando há um evento e as diferenças de potencial podem acontecer entre condutores vivos e o aterramento em suas mais variadas formas (condutor PE, condutor de equipotencialização, massas metálicas ou eletrodo de aterramento). O surto de modo comum, portanto, está relacionado com a tensão impulsiva de isolamento.

O surto de modo diferencial ocorre no caso das diferenças de potencial entre condutores vivos (fase-fase, fase-neutro, fase-sinal, sina-/sinal). Denomina-se essa sobretensão de surto de modo diferencial e o surto de modo diferencial, portanto, está relacionado com a tensão de imunidade dos equipamentos.

Enfim, os surtos de modo comum podem provocar danos diretos à instalação, componentes e, dependendo da qualidade da proteção instalada, às pessoas. Por sua vez, os surtos de modo diferencial ficam quase restritos aos danos materiais, podem ser responsáveis por perda de produção e queima de componentes

A NBR IEC 61000-4-5 de 03/2017 – Compatibilidade eletromagnética (EMC) – Parte 4-5: Ensaios e técnicas de medição — Ensaio de imunidade a surtos está relacionada com os requisitos de imunidade, métodos de ensaio e níveis de ensaio recomendados para equipamentos, com relação a surtos unidirecionais causados por sobretensões transitórias provenientes de manobras e descargas atmosféricas. São definidos vários níveis de ensaio, que se relacionam a diferentes condições de ambiente e instalação.

Estes requisitos foram desenvolvidos e são aplicáveis aos equipamentos elétricos e eletrônicos. O objetivo desta norma é estabelecer uma referência comum para avaliar a imunidade de equipamentos elétricos e eletrônicos, quando sujeitos a surtos.

O método de ensaio documentado nesta parte da NBR IEC 61000 descreve um método consistente para avaliar a imunidade de um equipamento ou sistema contra um fenômeno definido. Conforme descrito no IEC Guia 107, esta é uma publicação de EMC básica para uso pelas comissões de produto da IEC. Como também foi estabelecido no Guia 107, as comissões de produto da IEC são responsáveis por determinar se esta norma de imunidade é aplicada ou não e, se aplicada, eles são responsáveis pela determinação dos níveis de ensaio apropriados e pelos critérios de desempenho.

O CT 77 e seus subcomitês estão dispostos a cooperar com as comissões de produto na avaliação do valor dos níveis de ensaio de imunidade específicos para seus produtos. Esta norma define: uma série de níveis de ensaio; equipamentos de ensaio; configurações de ensaio; e procedimentos de ensaio. A função do ensaio laboratorial descrito é encontrar a reação do equipamento sob ensaio (ESE) sob condições operacionais especificadas, contra surtos de tensão causados por manobras e descargas atmosféricas. Não se pretende ensaiar a capacidade de isolação do ESE para suportar o estresse de alta-tensão. Não são consideradas nesta norma injeções diretas das correntes de descarga atmosférica, ou seja, o impacto de descargas atmosféricas diretas.

Os transientes de comutação do sistema de energia podem ser separados em transientes associados com: maior importância – perturbações de comutação nos sistemas de energia, como comutação de banco de capacitor; menor importância – atividade de comutação local ou variações de carga nos sistemas de distribuição de energia; circuitos ressonantes associados a dispositivos de chaveamento, por exemplo, tiristores, transistores; várias falhas de sistema, como curtos-circuitos e arcos voltaicos para o sistema de aterramento da instalação.

Quanto aos transientes causados por descarga atmosférica, os principais mecanismos pelos quais a descarga atmosférica produz tensões de surto são os seguintes: descarga atmosférica direta que atinge um circuito externo (ao ar livre) injetando altas correntes que fluem através da resistência de terra ou da impedância do circuito externo produzindo tensões; descarga atmosférica indireta (ou seja, uma descarga entre ou dentro de nuvens ou em objetos próximos, que produz campos eletromagnéticos), que induz tensões/correntes sobre os condutores do lado de fora e/ou dentro de um edifício; fluxo de corrente de terra da descarga atmosférica, resultante da descarga direta para terra próxima acoplada em modo comum nos condutores do sistema de aterramento da instalação.

A mudança rápida de tensão e de fluxo de corrente pode ocorrer devido à operação de um dispositivo de proteção de descarga atmosférica, podendo induzir perturbações eletromagnéticas em equipamentos adjacentes. As características do gerador de ensaio são definidas para simular os fenômenos acima mencionados, o mais próximo possível. Se a fonte de interferência estiver no mesmo circuito do equipamento vítima, por exemplo, na rede de alimentação (acoplamento direto), o gerador pode simular uma fonte de baixa impedância nas portas do ESE.

Se a fonte de interferência não estiver no mesmo circuito do equipamento vítima (acoplamento indireto), então o gerador pode simular uma fonte de alta impedância. É intenção desta norma que as formas de onda de saída atendam às especificações no ponto onde elas são aplicadas no ESE. As formas de onda são especificadas como tensão de circuito aberto e corrente de curto-circuito e, portanto, devem ser medidas sem o ESE conectado. No caso de um produto alimentado por ca ou cc, onde o surto é aplicado nas linhas de alimentação ca ou cc, as formas de onda de saída devem ser conforme especificadas. No caso onde o surto é aplicado diretamente a partir dos terminais de saída do gerador, as formas de onda devem ser conforme especificadas. Não se pretende que as formas de onda atendam às especificações tanto na saída do gerador como na saída das redes de acoplamento/desacoplamento simultaneamente, mas apenas conforme aplicado ao ESE.

A razão entre o pico da tensão de saída de circuito aberto e o pico de corrente de curto-circuito da mesma porta de saída do gerador de onda combinada deve ser considerada como a impedância efetiva de saída. Para este gerador, a razão define uma impedância efetiva de saída de 2 Ω. Quando a saída do gerador é conectada ao ESE, a forma de onda da tensão e corrente é uma função da impedância de entrada do ESE. Esta impedância pode mudar durante surtos no equipamento devido à operação adequada dos dispositivos de proteção instalados, centelhamento ou avaria de componente, se os dispositivos de proteção estiverem ausentes ou inoperantes. Portanto, é recomendável que as ondas de tensão 1,2/50 μs e de corrente 8/20 μs estejam disponíveis na mesma saída do gerador, conforme requerido pela carga.

Cada rede de acoplamento/desacoplamento (CDN) consiste em uma rede de acoplamento e uma rede de desacoplamento, conforme mostrado nos exemplos. As resistências de acoplamento e/ou capacitores podem ser parte do CDN, parte do gerador ou componentes externos discretos. Nas linhas de alimentação ca ou cc, a rede de desacoplamento fornece uma impedância relativamente alta para a forma de onda do surto, mas, ao mesmo tempo, permite que a corrente flua para o ESE.

Esta impedância permite que a forma de onda da tensão seja desenvolvida na saída da rede de acoplamento/desacoplamento e impede que a corrente de surto flua para a fonte de alimentação ca ou cc. Os capacitores de alta-tensão são utilizados como o elemento de acoplamento, dimensionados para permitir que a forma de onda seja acoplada ao ESE ao longo de toda sua duração.

A rede de acoplamento/desacoplamento para fonte de alimentação ca ou cc deve ser projetada de modo que a forma de onda de tensão em circuito aberto e a forma de onda de corrente em curto-circuito atendam aos requisitos especificados. Para as linhas de comunicação e linhas de E/S, a impedância série da rede de desacoplamento limita a largura de banda disponível para a transmissão de dados.

Os elementos de acoplamento podem ser capacitores, em casos onde a linha tolera os efeitos de carregamento capacitivo, dispositivos limitadores de tensão ou centelhadores. Quando do acoplamento às linhas de interligação, as formas de onda podem ser distorcidas pelos mecanismos de acoplamento que são descritos em 6.3.3. Cada rede de acoplamento/desacoplamento deve satisfazer os requisitos de 6.3.2 e 6.3.3 e atender os requisitos de calibração de 6.4. Sua utilização é feita de acordo com o fluxograma abaixo.

surto

A amplitude de pico, o tempo de frente e a duração devem ser verificados, para tensão em condições de circuito aberto e para corrente em condições de curto-circuito, na porta de saída para o ESE. Os parâmetros de forma de onda medidos na porta ESE do CDN são dependentes do gerador e, consequentemente, são válidos somente para a combinação particular do gerador/CDN ensaiado. A especificação da ondulação residual de 30 % se aplica apenas à saída do gerador. Na saída da rede de acoplamento/desacoplamento, não há qualquer limitação para a ondulação residual. O CDN deve ser ligado a um sistema de medição com largura de banda e capacidade suficientes para monitorar as características das formas de ondas de tensão e corrente.

A indutância de desacoplamento deve ser selecionada pelo fabricante do CDN de forma que a queda de tensão através do CDN não exceda 10 % da tensão de entrada da CDN na corrente nominal especificada, porém é recomendado que não exceda 1,5 mH. Para evitar queda tensão indesejada na CDN, o valor do elemento de desacoplamento deve ser reduzido para CDN de correntes nominais > 16 A. Como consequência, a tensão de pico e a duração da forma de onda de tensão em circuito aberto que é medida sem carga pode variar dentro das tolerâncias especificadas.

A verificação da instrumentação de ensaio tem como objetivo da verificação é garantir que a montagem de ensaio funcione corretamente. A montagem do ensaio inclui: o gerador de onda combinada; a CDN; os cabos de interligação do equipamento de ensaio. Para verificar qual sistema está funcionando corretamente, o seguinte sinal deve ser checado: o impulso de surto presente no terminal de saída do CDN. Para verificar se o surto está presente, qualquer nível de ensaio pode ser utilizado; para isso é necessário um equipamento de medição adequado (por exemplo, osciloscópio) com o ESE desconectado do sistema.

Os laboratórios de ensaio podem definir um valor de referência de controle interno atribuído a este processo de verificação. O relatório deve conter todas as informações necessárias para reproduzir o ensaio.

Em particular, as seguintes devem ser registradas: os itens especificados no plano de ensaio requerido pela Seção 8 desta norma; identificação do ESE e qualquer equipamento associado, por exemplo, marca, tipo de produto, número de série; identificação do equipamento de ensaio, por exemplo, marca, tipo de produto, número de série; quaisquer condições ambientais especiais em que o ensaio foi realizado, por exemplo, câmara blindada; as condições específicas necessárias para permitir que o ensaio seja realizado; desenho e/ou fotos da montagem de ensaio e arranjo do ESE; nível de desempenho definido pelo fabricante, solicitante ou comprador; critério de desempenho especificado na norma genérica, de produto ou de família de produtos; quaisquer efeitos sobre o ESE observados durante ou após a aplicação da perturbação de ensaio e a duração para o qual estes efeitos persistem; todos os tipos de cabos que foram ensaiados, incluindo seu comprimento e a porta de interface do ESE a que estavam ligados; a justificativa para a decisão de aprovação/reprovação (com base no critério de desempenho especificado na norma genérica, de produto ou de família de produto, ou acordada entre o fabricante e o comprador); as condições específicas de utilização, por exemplo, comprimento ou tipo de cabo, blindagem ou aterramento, ou condições de operação do ESE, que são requeridas para alcançar a conformidade; configuração de ensaio (hardware), incluindo o método de acoplamento usado; configuração de ensaio (software).



Categorias:Metrologia, Normalização

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