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AVALIAO DA INTERFERNCIA ELETROMAGNTICACONDUZIDA GERADA POR REATORES ELETRNICOS

Andr Lus Lui andrelui.lui@gmail.comUniversidade Tecnolgica Federal do ParanPato Branco - Paran

Resumo:O presente trabalho tem por objetivo o estudo do nvel de susceptibilidade e

interferncia eletromagntica conduzida em reatores de lmpadas fluorescentes. Para a

concretizao deste, realizaram-se alguns testes com o auxlio do analisador de

espectros vetoriais, cujo objetivo principal foi verificar os nveis de interferncia e

perturbaes nos terminais de energia eltrica empregando-se uma rede de

estabilizao de impedncia (LISN). Assim, os testes de emisso radiada foram

realizados com o analisador de espectros vetoriais, a uma distncia conhecida das

lmpadas fluorescentes. Deste modo, observaram-se algumas especificaes com o

intuito de determinar a interferncia eletromagntica, o rudo, a qualidade do sistema

eltrico, etc. As interferncias eletromagnticas, como o prprio conceito evidencia,

so caracterizadas pelo mau funcionamento de equipamentos, sistemas eletrnicos ou

novas tecnologias. O estudo da Compatibilidade Eletromagntica (CEM) pressupe a

ideia de reduo, de modo a proporcionar uma influncia mnima, dos sinais espriospresentes no ambiente. Essa reduo se faz necessria na medida em que entende-se o

quanto estas interferncias afetam e comprometem o

desempenho dos equipamentos e sistemas eletrnicos. Os resultados dos testes

apresentaram poucas mudanas com relao aos testes realizados em 2002. No

entanto, a realizao dos testes apresentados neste trabalho, cujos resultados foram

comparados aos realizados pelos colegas de iniciao cientfica da Universidade

Federal de Santa Catarina (UFSC), embora semelhantes, evidenciaram nveis de

interferncias superiores queles encontrados em 2002.

Palavras-chave: Compatibilidade Eletromagntica, Interferncia Eletromagntica,

Interferncia Conduzida, Reator Eletrnico, Reator Eletromagntico.

1 INTRODUO

Historicamente, os estudos ligados ao eletromagnetismo foram mais significativospor volta do sculo XIX, quando o fsico dinamarqus Oersted (1771- 1581), conseguiuunir, com demonstrao prtica, os conhecimentos sobre campos eltricos emagnticos, que at ento eram tratados como fenmenos independentes entre si.

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Seu experimento foi colocar uma bssola sob um fio no qual passava corrente

eltrica. Verificou-se a partir dessa experincia, que a agulha da bssola sofria umdesvio. Outro fsico, desta vez britnico, foi quem, com os estudos sobre camposeltricos e magnticos revolucionou as reas ligadas ao clculo do eletromagnetismoconhecido como James Clark Maxwell (1831-1879). Esse pesquisador do sculo XIXdesenvolveu um conjunto de equaes para explicar as leis do eletromagnetismo. Suacolaborao at os dias atuais uma das grandes referncias nesta rea.

Assim, os estudos realizados durante o desenvolvimento do Estgio SupervisionadoObrigatrio (LUI, 2010), ofereceram a oportunidade terica e prtica de continuar,mais detidamente, as discusses iniciadas naquele perodo do ano de 2008 onde seestudou os padres de funcionamento do analisador de frequncia vetorial. Destamaneira, a proposta de investigao aqui contemplada faz-se pertinente porque entrelaauma reflexo contempornea sobre a Interferncia Eletromagntica Conduzida geradapor reatores eletrnicos.

A preocupao central volta-se realizao de experimentos j aplicados eapresentados, anteriormente, por alunos de iniciao cientfica da Universidade Federalde Santa Catarina (UFSC). Acredita-se que a repetio e a reaplicao dos testescontriburam para comparar os resultados alcanados neste trabalho com os resultadosapresentados pela pesquisa supracitada.

O presente estudo, relacionado Compatibilidade Eletromagntica (CEM) orienta-se pela seguinte pergunta: os reatores eletrnicos geram InterfernciaEletromagntica Conduzida? Os ensaios realizados por Niland et al (2002)apresentavam algumas anormalidades, ou seja, nos ensaios de interferncia conduzidarealizados, algumas iluminarias com reatores especficos apresentaram nveis deinterferncia relevantes e significativos durante as observaes, comparando-os com onvel tolerado pelas normas que foram utilizadas naquele momento.

Ressalta-se, que agncias regulamentadoras como o Comit Internacional EspecialSobre Interferncia de Rdio e a Comisso Federal de Comunicao (CISPR, FCC), porexemplo, propem normatizaes para a realizao dos ensaios envolvendo a anlise deproblemas relacionados Interferncia Eletromagntica (EMI) entre equipamentos esistemas. Quando se fala de sistemas, encontram-se inmeras definies no caso deste

trabalho o sistema analisado o de uma rede de ligao interna de um conjunto:lmpadas fluorescentes e reatores.Portanto, acredita-se ser importante a realizao dos testes para verificar se houve

mudanas no sistema aps algum tempo, principalmente no tocante qualidade dosdispositivos eletroeletrnicos. Nesse sentido, essa pesquisa traz algumas reflexes eresultados referentes qualidade da energia eltrica em um sistema residencial etambm industrial, onde por muitas vezes so encontrados dispositivos, equipamentosou um sistema todo automatizado seja ele em grandes propores ou no ligado aoutros sistemas. Optou-se pela anlise conduzida, devido em parte disponibilidade deequipamentos no laboratrio utilizado para a realizao dos testes.

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COMPATIBILIDADE ELETROMAGNTICA

Em vrios pases, o termo CEM utilizado para descrever um ramo da engenhariamoderna, que busca compreender fenmenos relacionados interao de diferentescircuitos eletroeletrnicos e seu funcionamento em diferentes sistemas de integrao.

O conceito de CEM cada vez mais utilizado em diversos setores, sendo entendidoneste trabalho como a capacidade de um dispositivo eltrico ou um sistema de operarem um ambiente eletromagntico sem provocar distrbio ou ser perturbado (PAUL,

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2006, p.26). Objetivou-se, portanto, estudar e verificar por meio da realizao dostestes, a Interferncia Eletromagntica Conduzida em lmpadas fluorescentes.

O estudo da CEM pressupe a ideia da harmonia do funcionamento de equipamentoem um mesmo ambiente, de modo a proporcionar uma influncia mnima, dos sinaisesprios presentes no ambiente. Essa reduo se faz necessria na medida em que seentende o quanto estas interferncias afetam e comprometem o desempenho dosequipamentos e sistemas eletrnicos.

A necessidade de adotar normas e procedimentos de anlise e controle de emisseseletromagnticas at um nvel admissvel dever de alguns rgos e agnciasregulamentadoras (ANATEL, ABINEE, ANVISA, FCC, etc). Adotou-se comoreferncia primria as especificaes e normas formuladas pela CISPR, maisespecificamente a CISPR 16 que ser abordada posteriormente.Assim, neste estudo empregou-se um analisador de espectros para interpretar o sinalusado nas medies de emisso eletromagntica conduzida, e uma Linha deEstabilizao da Impedncia da Rede (LISN) O Analisador de Espectros e a LISNusados como referncia para realizao dos testes encontram-se disponveis noLaboratrio de Radiofrequncia e Compatibilidade Eletromagntica (LabCem) daUTFPR Campus Pato Branco.

Salienta-se que os valores e faixas de frequncias adotados para validao dostestes, respeitam as normas e padres nacionais e internacionais. Atualmente, emambientes acadmicos e at mesmo em grandes indstrias.

Nota-se uma preocupao crescente com relao aos problemas ocasionadospela Interferncia Eletromagntica (EMI) em seus produtos/produes. Acredita-seainda que essa difuso, principalmente proporcionada pela academia, possa favorecer aunificao das normas utilizadas.

2.1

Compatibilidade Eletromagntica: um resgate histrico

No ano de 1901, o italiano Guglielmo Marconi realiza a primeira transmisso desinais a longas distncias, utilizando ondas eletromagnticas para tal finalidade (PAUL,

2006). Decorridos vinte anos, entra em funcionamento os primeiros sistemas deradiodifuso comerciais. Agregado ao aumento desses meios de difuso em massasurge, consequentemente, os primeiros problemas relacionados a CEM, possibilitando comunidade cientfica divulgar os primeiros relatos em forma de artigos sobre essesfenmenos (PAUL, 2006).

O ponto alto dos problemas relacionado a CEM tomou forma dezoito anos maistarde, com o perodo da segunda grande guerra mundial (1939 a 1945). Neste momento,a comunicao sem fio tornou-se ainda mais forte, juntamente com o surgimento devrios aparatos tecnolgicos - muitos para fins blicos. Assim, os primeiros indcios deInterferncia de Radiofrequncia (IR) datam desta poca.Acredita-se, ainda, que foi neste perodo, aps o ano de 1945, que se vislumbrou overtiginoso crescimento da comunicao de dados de forma digital, devido a criao do

transistor bipolar e outros dispositivos eletrnicos. Assistiu-se ao surgimento eagravamento dos problemas relacionados a CEM. Enfatiza-se que muitos estudossurgidos nos anos subsequentes, perduram enquanto tema de discusso nos dias atuaiscomo o caso das questes relacionadas a fonte de controle e anlise de tais fenmenose sua relao com a CEM (PAUL, 2006).

Um aspecto importante a ser destacado que embora ao longo dos anos, a CEMtenha se desenvolvido ainda mais, sua discusso em alguns aspectos ainda bastanteincipiente. Alguns pases ou grupo de pases como os Estados Unidos, a Unio Europia(UE), ndia, Argentina, entre outros pases, desenvolveram sistemas para a medio,

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correo e padronizao de parmetros acerca da CEM. Tal padronizao tem porfinalidade garantir a qualidade dos produtos vinculados em seu prprio pas por meio dacertificao destes. Assim, a certificao garante que esses produtos no poluam o sinalsenoidal provindo da rede de alimentao (rede eltrica), nem causem interfernciaentre eles mesmos e nos demais aparelhos.

A dificuldade enfrentada encontra-se no fato de que, devido a certascaractersticas apresentadas pelos produtos, as normas adotadas durante sua fabricaoso vlidas apenas em seus pases de origem. Desta maneira, somente possveltrabalhar em sua faixa nominal de operao, impossibilitando o seu funcionamento demodo adequado no caso de deslocamento de uma regio para outra ou at mesmo, deum pas para outro. No entanto, vrios fatores podem contribuir para o agravamentodesta situao, como a variao do clima que pode, por exemplo, alterar as suascaractersticas mnimas, mas significativas para o funcionamento do aparelho.

2.2 Materiais e mtodos

At bem pouco tempo, a ateno dos especialistas centrou-se em cabos deenergia, atribuindo a estes a principal fonte de emisses conduzidas. Isso ocorre porquea CISPR exige que sejam realizados testes com o auxlio deste cabo de alimentao(MONTROSE; NAKAUCHI, 2004). No entanto, o sinal, os dados e as linhas de

controle, podem agir como acoplamento (caminhos), que por sua vez podem produziralgum tipo de interferncia prejudicial.

Preconiza-se que as verses mais recentes dos padres de teste, exigem que asemisses conduzidas sejam realizadas com todos os conjuntos de cabos externos.Assim, resultantes de interferncia observadas nos cabos podem aparecer de um modocomum ou diferencial. Para ajudar na distino entre estes dois modos, necessrioconsiderar uma Corrente Alternada (CA). Desta forma, o modo diferencial o rudo deradiofrequncias entre os fios (fase e neutro ou fase 1 para fase 2). O modo comum orudo de radiofrequncias entre a linha/neutro e o aterramento.

Acredita-se que a interferncia de modo comum (cabos de dados e linhas decontrole) a principal rea de preocupao entre os especialistas, sendo medida emambas as extremidades do cabo. Porm, as linhas de energia so tratadas de formadiferente, com o rudo medido no incio da linha.

2.3

Ensaio com reator eletrnico

Nesta sesso, adotar-se-o algumas convenes para facilitar a apresentao dosresultados. De forma que, a faixa A refere-se faixa de frequncia que vai de 150kHz at 1MHz. A faixa B refere-se faixa de frequncia que vai de 1 MHz at 10MHz. A faixa C refere-se faixa de frequncia que vai de 10 MHz a 30 MHz. Osreatores utilizados para as medies foram adquiridos pelos autores e devido a razesticas adotar-se- uma conveno de denomin-las por nmeros. Assim, os reatoresutilizados nos testes foram denominados de reator nmero dez (10), reator nmero vinte(20), reator nmero trinta (30).

A metodologia utilizada para a realizao dos testes foi a seguinte:

1 Lmpada fluorescente compacta com reator eletrnico (espiral convencional);2 Reator 10;3 LISN;4 - Analisador de espectro de frequncia;5 Alicates;

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6 Fios e cabos;7 Conectores;8 Outros equipamentos.

Os testes e ensaios de equipamentos foram configurados conforme a norma doCISPR e FCC classe B. No caso deste estudo, a anlise ocorreu a partir do estudo dosgrficos comparativos com as normas utilizadas (CISPR e FCC) e o estudo de iniciaocientfica realizado na UFSC. Os dados foram feitos de forma manual e comparadosconforme descrio dos testes apresentada a seguir.

Figura 1 - Exemplo dos pontos utilizados para coleta de dados.

Tem-se, na imagem da figura 01, uma viso geral do sistema, na coleta de dadosconsiste em capturar e nesse caso anotar as faixas de frequncias aleatrias para uma

representao obtida atravs de contas e comparaes com as normas CIRPR e FCCclasse B. Os pontos em amarelo so meramente ilustrativos sobre como era feira aleitura e coleta dos dados para clculos.

Os dados auferidos pelo analisador de frequncia so obtidos em unidadedistinta da sugerida pela norma. Assim, para comparao dos resultados, foi necessrioadequar os resultados obtidos com uma conta simples, mas bastante significativa.

Para este primeiro teste foram adquiridos oito (8) pontos de anlise sobdiferentes frequncias (coletadas aleatoriamente). Neste ensaio, considerou-se comoponto de referncia da rede a medida de -80dBm. O primeiro teste foi realizado sobre oESE - lmpada fluorescente de formato espiral partida ultrarrpida com reatoreletrnico.

Verifica-se que a lmpada utilizada no primeiro ensaio exatamente similar as

lmpadas utilizadas em residncias, escolas, at mesmo em indstrias. Esta possui umreator acoplado, sendo a preocupao em utiliz-lo em decorrncia exatamente de suagrande difuso. Desta maneira, seus reatores internos so idnticos, derivandologicamente seus modelos e marcas. O reator 10 foi acoplado diretamente ao conjuntoda luminria, ou seja, o tubo fluorescente de partida ultrarrpida com pr-aquecimentodos filamentos internos com capacidade nominal de potncia de 20 W, tenso de 127 V,corrente nominal de 175 mA, aplicvel para frequncia fundamental de 60Hz.

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Como consequncia imediata da captura de dados obtida atravs do analisador,

podem-se destacar as faixas de frequncias sobre os ESE e amplitude do sinal, cujasamostras foram coletadas e sobre as quais fizeram-se as anlises.

Tabela 1 Est 1: pontos coletados

Os pontos coletados, conforme ilustrados na tabela supracitada foram lanadosno grfico da figura 2, destacando-se os valores de referncia adotados no ensaio, cujasanlises e coleta dos dados so apresentadas sob a cor azul neste grfico. O tracejado no

grfico em vermelho (EM_V_QP) refere-se tenso de pico e o tracejado em violeta(EM_V_AV), refere-se tenso mdia da oscilao do rudo. Todos os grficos estorelacionados com o ensaio feito durante a experincia realizada em 2002 na UFSC,pelos acadmicos ligados a iniciao cientifica do curso de Engenharia Eltrica daquelainstituio de ensino superior. O grfico da figura abaixo demonstra quais os pontoscoletados e como eles so dispostos, para a comparao com a norma CISPR 16utilizada nos testes.

Figura 2 Grfico EMI conduzida, ESE 1 coletado.

Objetivando-se verificar se houve ou no alguma mudana, com relao aosensaios feitos pelos acadmicos na UFSC, no ano de 2002, tambm comparados com anorma CISPR 16, ressalta-se que as luminrias fluorescentes tubulares, ficaram

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disponveis no segundo ensaio, onde o procedimento de teste foi o mesmo, alterandosomente o reator.

2.4

Segundo ensaio

Os equipamentos utilizados para a realizao do segundo ensaio foram:

1 Lmpada fluorescente tubular com reator eletrnico (convencional);

2 Reator 20;3 Lisn;4 - Analisador de espectro de frequncia;5 Alicates;6 Fios e cabos;7 Conectores;8 Outros equipamentos.

Estes foram configurados conforme norma CISPR e FCC classe B deequipamentos.

No segundo teste, utilizou-se o reator eletrnico 20, acoplado ao conjunto daluminria, partida ultrarrpida, cuja capacidade nominal de potncia de 20W, tenso

de 127 VAC, corrente nominal de 0.17A, aplicvel para frequncia fundamental de 60Hz. Neste segundo teste, atribuiu-se tambm o ponto de referncia em (-80dBm), ouseja, sem carga no analisador de frequncia. Alm disso, utilizou-se um recurso daLISN para comparao entre a linha 1 quando no h referncia de terra noequipamento e o equipamento no consta com o cabo de terra. A outra funo ecomportamento do LISN pelo neutro para simular uma passagem de corrente por este,so verificados nas figuras 3 (L1) linha 1 ativa e 4 (N) neutro ativo.

Figura 3 Equipamento sob teste (EST) L1 ativa.

Desta forma, a figura 3 demonstra a linha L1 ativa, e se caracteriza pela falta desada de terra do equipamento. Logo, os equipamentos que no contam com a terra

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como no caso deste trabalho, utiliza a LISN que possui internamente um recurso capazde fazer com que o sistema no seja prejudicado durante a realizao dos testes etambm no prejudique o analisador. Este mais um recurso para que os testes sejammais fiis possveis. possvel averiguar que h uma grande atenuao da frequnciaentre esta figura e a figura seguinte, com o neutro ligado.

Figura 4 Equipamento sob teste (EST) N ativo.

Com o neutro ativo figura 4, pode-se observar que o equipamento em ensaio secomporta de diferente forma. Isso comprovado com a coleta de dados e comparaodestes. Realizou-se a coleta dos dados com o L1 ativo, indicado para os equipamentosque no possuem sada de terra. A etapa descrita anteriormente, bem como os pontos defrequncia coletados nos testes para o reator 20 apresentada abaixo.

Na tabela 3, encontram-se os valores para o segundo teste com o reator 20 nela

consta novamente a comparao com o ensaio realizado na UFSC em 2002, comparadocom os realizados em 2011, bem como a comparao com a norma CISPR 16. Osvalores encontrados em 2011 so uma aproximao estatstica do resultado esperadocom um erro sistemtico, devido a falta de comparao com outro equipamento de teste.

Tabela 2 EST 2: pontos coletados.

Os pontos coletados esto descritos no grfico da figura 5, cujos valores dereferncia utilizados neste ensaio baseiam-se nos pontos adotados pelos acadmicos do

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grupo de engenharia em compatibilidade eletromagntica GEMCO da UFSC. Reitera-seque os dados (em azul) utilizados na anlise so apresentados graficamente.

Figura 5- pontos em azul: coleta de dados.

O teste realizado com a lmpada fluorescente (reator 20), com reator eletrnicotubular, apresentou o pior resultado de todos os ensaios, como verificado nas anlises.Desde 2002, a ANEEL modificou o valor mnimo de fator de potncia de 0.86 para0.92. Isso colaborou para a qualidade dos produtos fabricados, no entanto, conformepode ser verificada, a questo dos rudos emitidos pelos reatores no foi consideradaconforme observado durante os testes. Os reatores usados neste estudo esto acima damdia dos resultados ensaiados no ano de 2002. Outro fato a ressaltar que este tipo dereator o mais utilizado e sua fiscalizao de certo modo esquecida, prejudicando

bastante o sistema eltrico e diversos equipamentos como um todo.3

CONSIDERAES FINAIS

Se a tendncia o aumento da forma artificial de iluminao com mais reatoreseletrnicos, deseja-se em contrapartida, um aumento nos investimentos das empresas narea de controle na realizao de testes a fim de certificar que os produtos atendam snormas de seus sistemas eltricos. Destaca-se ainda a importncia do apoio eestabelecimento de uma estrutura de fiscalizao do funcionamento e adequao deequipamentos dentro de padres aceitveis.

Os dados do teste um e dois, foram de forma semelhante aos ensaios realizados em2002, onde estavam fora da norma vigente adotada, e, novamente reprovada segundo a

constatao dos testes realizados neste trabalho e as comparaes as normas CISPR eFCC classes, onde os nveis so registrados acima do recomendvel por estas.Tem-se no teste um: a discrepncia mais alta, onde consta na frequncia de 12.76MHzcom um nvel de 67dBV sendo que o recomendado pelas normas seria de 60dBV e,no segundo teste temos no ponto 18,21MHz um nvel de 64,39dBV acima da normacomo no primeiro caso, onde o limite do segundo caso tambm se encontra em60dBV.

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REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION (IEC). InternationalElectrotechnical Vocabulary: Electromagnetic Compatibility, IEC 60050-161, Geneve,1990.

LUI, Andr Lus. Questo da Compatibilidade Eletromagntica.2010. 57 f.Relatrio (Estgio em Automao Industrial) Universidade Tecnolgica Federal doParan, Pato Branco, 2010.

MONTROSE, Mark I; NAKAUCHI, Edwarde. M. Testing For EMC Compliance:Approaches and Techniques. New Jarsey, USA: John Wiley & Sons, 2004.

PAUL, Clayton. R. Introduction to Electromagnetic Compatibility. New Jersey:John Wiley & Sons, 2006

ASSESSMENT OF ELECTROMAGNETIC INTERFERENCEGENERATED BY REACTOR LED ELECTROMAGNETIC ANDELECTRONIC

Abstract: The present work aims to study the level of susceptibility and conducted

electromagnetic interference in reactors of fluorescent lamps. To achieve this, some

tests were carried out with the aid of the vector spectrum analyzer, whose mainobjective was to determine the levels of interference and disturbances in electrical

power terminals employing an impedance stabilization network (LISN). Thus, tests were

conducted radiated emission spectral analyzer to the vector at a distance known

fluorescent lamps. Thus, there were some specifications in order to determine the

electromagnetic interference, noise, quality of the electrical system, etc.. The

electromagnetic interference, as the concept itself demonstrates, are characterized by

malfunctioning equipment, electronic systems or new technologies. The study of the

electromagnetic compatibility (EMC) assumes the idea of reducing, to provide a

minimal influence, of spurious signals in the environment. This reduction is necessary

insofar as it is understood how these interferences affect and compromise the

performance of electronic equipment and systems. The test results showed little change

with respect to the tests conducted in 2002. However, the tests presented in this paper,

the results were compared to those made by fellow undergraduates, Federal University

of Santa Catarina (UFSC), although similar, showed higher levels of interference to

those found in 2002.

Key-words:Electromagnetic Compatibility, Electromagnetic Interference, InterferenceDriven, Electronic Ballast, Electromagnetic Ballast.