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Considerações sobre os efeitos da EMI para projetar uma rede Ethernet Industrial confiável e robusta.

publicado em 03/06/2010 - 09:09:53hs

 

Dando seqüência à interpretação da norma de cabeamento industrial TIA-1005 agora vamos estudar com maior profundidade os requisitos MICE(MECHANICAL + INGRESS + CHEMICAL and CLIMATIC + ELETROMAGNETIC) com ênfase a EMI interferências eletromagnéticas causadas por picos de tensão “voltage Spike”, VFD (unidade de freqüência variável), flicker, sag, swell, servomotores, cargas indutivas, contatores, relês, motores e distorções harmônicas. Discorrerei sobre algumas importantes definições:     

PICOS DE TENSÃO “TENSÃO SPIKE” são definidos como de curta duração em rápidos transientes de tensão. Todos os dispositivos elétricos e eletrônicos são projetados para operar dentro de uma determinada fonte de tensão, que é normalmente escrito na folha do produto /manual ou no próprio dispositivo. Para exemplificar um dos tipos mais comuns de danos é visto quando uma lâmpada recebe uma energia superior a sua taxa de tensão , causando um aquecimento de sua fiação, ou até mesmo podendo queimar ou explodir. Picos de tensão podem acontecer por causas naturais, como raios, ventos e tempestades. Uma tempestade que está ocorrendo à milhas de distância pode provocar picos de alta voltagem em outro local. Outras fontes produzirão transientes como as induções eletromagnéticas ocasionadas por motores elétricos, eletroímãs; sobretensões nas linhas de energia de nossa concessionária, entre outros.

 

UNIDADE DE FREQUÊNCIA VARIÁVEL (VFD) é um sistema para controlar a velocidade de rotação de uma corrente alternada (AC), motor elétrico, controlando a freqüência da energia elétrica fornecida ao motor. Acionadores de freqüência variável também são conhecidos como unidades de freqüência ajustável (AFD), acionamentos de velocidade variável (VSD), unidades de AC, microdrives ou inversores. Como a tensão é variada com freqüência, estas são por vezes também chamadas de VVVF (tensão variável de freqüência variável) unidades. Os inversores de  freqüência variável (VFD) são comumente empregados em sistemas de ventilação de grandes edifícios , para controlar a velocidade dos motores dos ventiladores garantindo assim um equilíbrio e baixo consumo de energia elétrica.Também são utilizados em bombas , correias e unidades de máquinas-ferramenta.

  

DISTORÇÕES HARMÔNICAS são um tipo específico de energia suja, que é normalmente associada com a crescente quantidade de acionamentos estáticos, fontes chaveadas e outros dispositivos eletrônicos nas plantas industriais. Harmônicas é um fenômeno contínuo, e não devem ser confundidos com fenômenos de curta duração que duram apenas alguns ciclos. Transientes , distúrbios elétricos, picos de sobre-tensão e sub-tensão não são harmônicas.Estas perturbações no sistema podem normalmente ser eliminadas com a aplicação de filtros de linha (supressores de transientes). Entretanto, estes filtros de linha não reduzem ou eliminam correntes e tensões harmônicas. As distorções harmônicas são causadas por inversores de freqüência, variadores de velocidade, acionamentos tiristorizados, acionamentos em corrente contínua ou alternada, retificadores, “drives”, conversores eletrônicos de potência, fornos de indução e a arco, ”no-breaks” e máquinas de solda a arco. Da mesma forma que a pressão alta pode causar sérios problemas ao corpo humano, altos níveis de harmônicas numa instalação elétrica podem causar problemas para as redes de distribuição das concessionárias, para própria instalação, e par aos equipamentos ali instalados. As conseqüências podem chegar até a parada total de equipamentos importantes de produção .

Listarei algumas conseqüências ocasionadas pelas harmônicas:

- Capacitores: queima de fusíveis, e redução da vida útil;

- Motores: redução da vida útil, e impossibilidade de atingir potência máxima;

-Fusíveis/Disjuntores: operação falsa/errônea e componentes danificados;

-Transformadores: aumento de perdas no ferro e no cobre, e redução de capacidade;

-Medidores: medições errôneas e possibilidade de maiores contas;

-Telefones: interferências;

-Acionamentos/Fontes: operações errôneas devido a múltiplas passagens por zero, e falha na comutação de circuitos.

 

Distorções harmônicas causam muitos prejuízos em plantas industriais. De maior importância, são à baixa produtividade, e de vendas devido a paradas de produção, causadas por inesperadas falhas em motores, acionamentos, fontes ou simplesmente “repicar” de disjuntores. Para solucionarmos estes problemas devemos lançar mão dos chamados filtros de harmônicas, que é essencialmente um capacitor para correção do fator de potência combinado com um reator (indutor).

      

   FLICKER ou CINTILAÇÃO LUMINOSA é uma impressão de instabilidade da sensação visual, induzida por variação luminosa ou flutuação da distribuição espectral durante o tempo. Esta variação depende da freqüência e magnitude da mudança e da luz sobre o observador. De uma forma mais técnica o flicker é o efeito visual causado em lâmpadas incandescentes pela flutuação de tensão. Na freqüência de 8,8Hz o olho humano apresenta sua máxima sensibilidade, sendo capaz de identificar variações na tensão de 0,1%. Acima de certo limite, o flicker torna-se perturbador para os seres humanos. O flicker é causado por oscilações periódicas da tensão e geralmente não por variações instantâneas (como sag’s e swell’s). Os equipamentos que geram as flutuações de tensão são os fornos a arco, sistemas de solda a arco, grandes conjuntos de injetoras / extrusoras, moedores de rochas. Flutuações de tensão são limitadas por normas como a IEC 61000-3-3.Procedimentos para medição de flicker ou cintilação luminosa são estabelecidas pela IEC 61000-4-15.  A cintilação luminosa causa nos equipamentos variações de luminosidade em lâmpadas incandescentes, variação de brilho em lâmpadas de mercúrio, em monitores de computadores e televisores, possível redução de torque em motores elétricos, e perdas de dados nos computadores. Para redução do flicker na sua instalação devemos aumentar a corrente de curto-circuito, além de instalarmos filtros ativos, compensadores estáticos e capacitores controlados por tiristores.             

       

SAG’S e SWELL’S 

Sag ou DIP é um afundamento de 0,1 a 0,9 pu em tensão ou corrente rms em uma duração de meio ciclo há um minuto.

 

Swell é um aumento de 1,1 a 1,8 pu em tensão ou corrente rms em ma duração de meio a um minuto.

    

Equipamentos usados nas plantas industriais modernas (controladores de processos, controladores de programação lógica, mecanismos de ajuste de velocidade, mecatrônicas) estão ficando cada vez mais sensíveis aos sags de voltagem devido ao seu aumento e complexidade. Na medida em que a velocidade dos circuitos operacionais aumenta e sua tensão nominal diminui, a vulnerabilidade a tais distúrbios aumenta. Sags comumente não são distinguíveis de faltas de energia momentâneas, na medida em que os efeitos em um equipamento podem ser os mesmos. Equipamentos mais sensíveis, como computadores podem travar ou mesmo perder informações armazenadas em memória volátil. Até mesmo relés e contatoras de starters de motores podem ser sensíveis a sags de voltagem, resultando na interrupção de um processo quando a queda ocorre. Sags de tensão estão relacionados à causa mais comum de falhas no sistema de força de computadores. Os efeitos de um swell geralmente são mais destrutivos que os efeitos de um sag. A condição de sobretensão pode causar a queima de componentes dos equipamentos, ou mesmo criar um defeito acumulativo que aumenta gradualmente. O aumento da tensão em iluminação incandescente pode ser notado se a duração do swell for maior que três ciclos. Iremos encontrar os sags nas categorias de sistemas de transmissão, distribuição e utilização pontual. Swells são tratados em uma única categoria. Uma causa comum de sags e swells nas três áreas é a mudança repentina do fluxo de corrente através da fonte de impedância. No caso de um sag, um repentino grande aumento na corrente requerida por um equipamento irá causar uma tensão maior a ser entregue na fonte de impedância. Isto irá resultar em uma redução da tensão, no ponto de vista da carga. Da mesma maneira como um “surge” uma redução repentina no fluxo de corrente irá causar um aumento na tensão em impedâncias indutivas ou capacitivas.

 

Além dos itens acima a serem considerados em nosso projeto de infraestrutura para rede ethernet industrial, devemos também especificar produtos e sistemas blindados de qualidade, um aterramento eficiente dentro das normas com uma mão de obra qualificada e certificada para esta instalação. Como salientado pelos pesquisadores e órgãos mundiais, os maiores problemas numa rede de comunicação, da ordem de 70% a 80% são ocasionados pela baixa qualidade dos elementos passivos da rede como cabos, conectores e terminações, associados há uma péssima mão de obra.

 

Concluindo vale a pena projetarmos nossa infraestrutura de comunicação para rede ethernet industrial seguindo as normas vigentes como TIA-1005, TIA-568, TIA-569, TIA-606, TIA-607, TIA-942, NBR-14565, NBR-5410, e empregarmos produtos de alta qualidade com a contratação de uma mão de obra certificada e treinada por uma empresa reconhecida mundialmente.

 

 

Para protegermos nossa rede ethernet industrial das energias perigosas, transientes e distorções harmônicas, deveremos começar a empregar produtos adequados como a DATA ACCESS PORT desenvolvido pela PANDUIT CORPORATION para este fim. Após termos realizado a montagem dos equipamentos e infraestrutura interna do nosso painel de automação, instalaremos na parte externa o DATA ACCESS PORT. Agora para realizarmos nossas medições e parametrizações não necessitaremos mais abrir o painel, deixando-o exposto a este ambiente industrial severo, teremos acesso às conexões elétricas e de dados diretamente, conforme a configuração definida pelo usuário.

 

DATA ACCESS PORT - Produto desenvolvido pela PANDUIT CORPORATION

 

   

 

 

 

 

 

 

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Nos próximos estudos estarei apresentando outros excelentes produtos para especificação de uma rede Ethernet Industrial confiável e robusta.