Fenômenos Elétricos

Pré-instalação

• Aprenderemos neste modulo, valiosos conceitos, noções e praticas necessárias para determinar seguramente o ambiente de instalação elétrica de equipamentos de informática.

• Estes conceitos, noções e praticas serão também de grande relevância no decorrer dos demais aprendizados propostos.

Energia Elétrica

A energia elétrica é uma forma de energia baseada na geração de diferenças de potencial elétrico entre dois pontos, que permitem estabelecer uma corrente elétrica entre ambos. Mediante a transformação adequada é possível obter energias finais de uso direto, em forma de luz, movimento ou calor, segundo os elementos de transformação que se empreguem.

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Aterramento

• A palavra aterramento refere-se à terra propriamente dita. O aterramento é o fio ou a barra de cobre enterrado, onde passa a corrente elétrica para o solo. Quando se diz que algum aparelho está aterrado (ou eletricamente aterrado) significa que um dos fios de seu cabo de ligação está propositalmente ligado à terra. Ao fio que faz essa ligação denominamos "fio terra".

Por que aterramento?• Falar sobre aterramento e rede Elétrica pode

parecer algo fora do comum na área de informática, mas se a rede elétrica que for ligada o computador não estiver bem preparada podem ocorrer choques ao usuário ou danos ao equipamento.

• A vida útil dos seus equipamentos de informática depende da qualidade da sua instalação elétrica; levando-se em consideração o aterramento e os equipamentos de energia: estabilizador, nobreak e filtro de linha.

• Acontece que o fio neutro pode ficar "sujo" devido a fugas apresentadas pelos equipamentos elétricos presentes na sua casa ou trabalho, pois ele é o retorno natural de corrente. Então o terra é o referencial de zero ideal para os equipamentos de informática em geral, além de receber descargas elétricas para evitar choques aos usuários, nas carcaças dos equipamentos.

• Tem equipamentos que simplesmente não funcionam sem aterramento.

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http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/8/8d/Busbars.jpg

• Outro ponto de dúvida é o valor da resistência de aterramento. Ela mede a capacidade do aterramento de descarregar a energia para a terra. Quanto menor essa resistência, melhor para a instalação, pois mais rápida será a atuação das proteções. Embora alguns fornecedores cheguem a exigir 1 ohm (é a Unidade de Resistência), a norma de instalações elétricas (NBR 5410/97) não define diretamente nenhum valor, enquanto a norma americana de instalação elétrica exige um valor máximo de 25 ohms. A norma brasileira de proteção contra descargas atmosféricas (NBR 5419/93) recomenda um valor máximo de 10 ohms.

Hastes para o aterramento

Formatos

Confecção

• A confecção de aterramento é uma atribuição de engenharia.

• Nós podemos e devemos nos certificar se este esta dentro do padrão NBR 5410/97 e NBR 5419/93.

• O aterramento deve ser de ponto único e não deve ser curto-circuitado ao neutro

Gel Redutor de resistência

• FASTGEL é um tratamento natural para solos de alta resistividade. O Fastgel é um produto não tóxico e não agride o meio ambiente de acordo com ensaios feitos em laboratórios especializados. É fornecido em embalagem contendo 12kg (1 dose)

Características técnicas:• 1- Densidade 0,000925g/mm3 (seco)

2- Poder de inchamento proporcionando um maior e melhor contato entre haste/condutor a terra3- Baixa resistência e alta condutividade. Podendo baixar a resistência do aterramento em até 75%4- Não é lixiviável ou seja, não se dispersa na época de chuvas

• Proporciona redução substancial no valor da resistência de aterramento (variando de acordo com as condições do solo, podendo chegar em até 75%);

• Tem uma vida útil longa, pois o material não se dispersa sob a chuva;

• Aumento da segurança em função da diminuição da resistência do aterramento;

• Facilidade e rapidez na aplicação e; • O FASTGEL cumpre com as exigências

apontadas no início ou seja: • Não agride ao meio ambiente e não é um

elemento tóxico (vide laudos); • Não é corrosivo (ph neutro); • Apresenta excelente condutibilidade.

Aterramento

• Para medir um aterramento, devemos faze-lo diretamente junto as hastes, utilizando um Megometro ou terrometro.

• Existem megometros/terrometros que tem 3 ou 4 pontos de conexão simultânea.

• A medição é feita no mínimo por três vezes em direções diferentes, seguindo a linha das hastes conforme simulação

Ligação da Tomada 2P1T

Dicas• Ao medir entre terra e neutro a tensão não

pode ser superior a 1,0 Volts. Em sendo será necessário melhorar o aterramento no neutro da concessionária ate que a medida seja inferior a voltagem limite.

• A resistência do aterramento só é medida diretamente junto as hastes por meio de um termômetro ou megometro, nunca na tomada.

Senoide Normal

Distorções, eventos críticos

1. Surtos de TensãoSão transientes de alta energia, que muitas vezes atingem a magnitude de kilovolts e aparecem na rede elétrica com muita freqüência, principalmente no verão pela ação de descargas atmosféricas (raios). De todos os eventos críticos, os surtos de tensão são os potencialmente mais perigosos e provocam grandes estragos, queimando placas de computadores, placas de rede, winchester, fontes de alimentação, hubs, fiação de rede, etc. Os efeitos destes transientes na rede telefônica, por terem uma impedância maior que a rede elétrica, são ainda mais danosos.

2. Ruídos de Linha

• São ruídos de alta-freqüência provocados pela conexão de equipamentos como motores, ar-condicionados, fontes chaveadas, etc., à rede elétrica.Dependendo da magnitude, provocam por exemplo, o efeito de chuviscamento na tela de televisores, monitores, etc.

3. Distorção Harmônica• Este fenômeno é uma deformação da

senóide (formato da onda) e é provocado por cargas pesadas conectadas à rede, do tipo de motores de indução, solenóides, geradores, etc., principalmente aquelas cargas com baixo fator de potência. Este distúrbio pode provocar uma desenergização momentânea da fonte de alimentação do computador, travando-o.

4 e 5 Sub e Sobretensão de Rede

• Estes eventos ocorrem quando o nível da energia fornecido pela concessionária ultrapassa os limites aceitáveis e suportáveis pelos equipamentos. Se a subtensão atingir valores extrapolados, pode provocar perda de dados nos computadores, distorção na tela de monitores e televisores, etc. Ocorrendo sobretensão, certamente haverá queima de equipamentos

6. Pequenas Interrupções (efeito Flicker)

• Interrupções muito curtas no fornecimento da energia elétrica, com duração da ordem de milésimos de segundos e que quase sempre são imperceptíveis ao usuário. Provocam freqüentemente perda de dados em arquivos de computadores ou travamento de sistemas.

7. Grandes Interrupções (black-out)

• Grandes interrupções de energia ou o que popularmente chamamos de "black-out". São geralmente provocadas por algum distúrbio grave nas subestações ou na rede de distribuição. Podem durar minutos ou se prolongar por horas. Este evento é o maior causador de prejuízos em empresas. Quanto mais informatizada a empresa, maior o investimento que deverá ser realizado a fim de minimizar ou eliminar a atuação deste evento.

8. Variação da Freqüência

• A freqüência da energia fornecida pelas concessionárias é 60 Hz para todo o território nacional. A não variação desta freqüência, além de um limite não superior a +/- 0,5Hz é um sério compromisso que as mesmas assumem com os consumidores. Ocorrendo uma variação superior a este limite poderá provocar superaquecimento e até queima da carga* que estiver conectada à rede.

Elementos de Correção de Energia Elétrica

Aprenderemos neste modulo o funcionamento básico de cada elemento de correção elétrica existente e sua aplicabilidade quanto a relação custo x beneficio.Faremos um paralelo com cada evento critico e a melhor alternativa de segurança para corrigir ou evitar tal surto.Conheceremos e manusearemos ferramentas básicas.Entenderemos descargas eletrostáticas (ESD) e a necessidade de prevenção

Filtro de linha

Composição

• Internamente tem filtros (capacitores, variac e fusível), capazes de eliminar ruídos de alta freqüência geralmente causados por motores elétricos (principalmente do tipo que usa escova), reatores de lâmpadas florescentes e compressores (ar condicionado, geladeira, bebedouro, etc.)

• Só funciona se existir aterramento!

Estabilizadores

O que é?

• O estabilizador é um equipamento que corrige a tesão que recebe da rede elétrica e a fornece estabilizada aos equipamentos, protegendo-os desta forma contra tensões inadequadas (sub/sobretensão).

• Os estabilizadores incorporam o filtro de linha e o varistor, tornando-os eficientes também contra ruídos e surtos de tesão.

Nobreak

Como funciona?

• O nobreak é um equipamento que fornece energia elétrica sem interrupção a uma determinada carga, durante a falta de rede elétrica, usando outra fonte de energia, que são as baterias.

• O termo nobreak é muito usado no Brasil,mas o verdadeiro nome deste equipamento é UPS (Uninteruptible Power Suply, ou seja, fonte de energia sem interrupção.

Qual a função dos Nobreaks • A função básica do No Break é impedir o

desligamento do micro ou periférico em caso de queda de energia. Isto vale não só para os casos de black-out total, mas é especialmente importante para proteger os equipamentos contra os efeitos "flicker" (microdesligamentos, que acontecem em frações de segundos e podem causar danos à máquina). Quando a energia se interrompe, o No Break aciona suas baterias e garante um tempo de funcionamento extra. Esse tempo deve ser suficiente para que o usuário proceda ao fechamento dos arquivos com segurança e o desligamento correto do microcomputador.

Funcionamento

• Se houver falta de energia, sub-tensão, sobre-tensão, transientes, o nobrak passará a fornecer energia a partir das baterias (modo inversor). Para isto ele transforma os 12VDC, 24VDC ou 48VDC das baterias em 115 VAC ou 220 VAC, transferindo-a para a saída.

Tipos:• Interativo – Quando á rede elétrica ele a transfere para a

saída. Caso haja falha de rede, o inversor para a fornecer energia a partir da baterias. O equipamento apresenta tempo de transferência de 1 ~ 5 ms e possui estabilizador interno.

• Os nobreak on-line reconstroem a forma de onda a partir das baterias ou da rede. Para isto, seu circuito inversor fica funcionando durante todo o tempo. Á principal característica deste equipamento é que o tempo de transferência é nulo.

Módulos básicos

Dimensione a capacidade certa.A unidade de medida utilizada para determinar a capacidade dos No Breaks é o Volt-Ampère (VA). Como os equipamentos, em geral, têm seu consumo medido em Watts, a maioria dos usuários tem dificuldade em dimensionar o No Break adequado para seu micro e periféricos. Para resolver esta dúvida, há uma regra muito simples. Consulte no manual de seus equipamentos o consumo em Watts de cada um deles. Some todos esses valores e acrescente 20% sobre o total para chegar à capacidade do No Break adequada.

Autonomia

• Alguns No Breaks podem receber a adição de baterias externas. Esta é uma grande vantagem, pois com isto, o usuário consegue aumentar o tempo de autonomia.

• É prudente utilizar apenas um padrão de amperagem de bateria.

• O aumento da autonomia implica no aumento do tempo de recarga.

O que é ESD?• A eletricidade estática é uma carga elétrica em

repouso. Ela é gerada principalmente por um desbalanceamento de elétrons localizado sob uma superfície ou no ar do ambiente.

• O desbalanceamento de elétrons (em todos os casos, gerado pela falta ou excesso de elétrons) gera assim um campo elétrico que é capaz de influenciar outros objetos que se encontram a uma determinada distância. O nível de carga é afetado pelo tipo de material, velocidade de contato e separação dos corpos, umidade e diversos outros fatores.

ESD podem causar incêndios

Descargas eletrostáticas podem até causar incêndios. Nos Estados Unidos ocorrem cerca de 1000 incêndios em postos de gasolina, todos os anos. Os usuários devem tocar em painéis aterrados como o indicado acima para descarregarem sua eletricidade estática, reduzindo a chance de descargas que podem causar incêndios perigosíssimos.

Descarga Eletrostática (ESD)

Fenômeno da natureza se repetindo no mundo miniaturizado

Exemplos de descarga eletrostática• Choque ao tocar a carroceria de um automóvel• Ruído (estalo) ao retirar uma blusa de material sintético• Raio durante uma tempestade

Eletricidade EstáticaEletricidade Estática

Conceitos Básicos

O átomo

• Cargas: componentes elementares dos átomos (prótons e elétrons)• Desequilíbrio do número de elétrons

gera campo eletrostático possibilita a ocorrência de descarga eletrostática


Natureza dos Materiais

Condutor• Elétrons movem-se livremente por sua estrutura

• As cargas ocupam todo o volume do corpo

• Tem suas cargas facilmente neutralizadas quando aterrado• Exemplos: cobre, alumínio e ferro

Isolante Elétrons não se movem livremente por sua estrutura

As cargas ficam na superfície do corpo

Suas cargas não são neutralizadas quando aterrado

Exemplos: borracha, plástico e papel

Geração de Cargas

Atrito (triboeletricidade) Característica: Contato entre corpos gerando transferência de cargas

Fatores: Área superficial, pressão de contato, velocidade de separação, umidade do ar.


Desenrolar de fitaadesiva

Pessoa caminhando sobre piso isolante

Roldanas em contato com uma esteira

• Fontes de Cargas EletrostáticasFontes de Cargas Eletrostáticas– Monitores– Pisos– Roupas– Ferramentas– Plásticos / Isopor– Cadernos de Vinil– Fitas Adesivas– Pessoas

Danos Eletrostáticos (ESD)(ESD)

Eletricidade Estática Série triboelétrica

( + ) arpele

vidro

cabelonylon

lã

seda

alumínio

papel

algodão

aço

madeira

borracha

cobre

poliestireno

vinil

silício

teflon( - ) borracha de silicone

Exemplos da aplicação da sérietriboelétrica no ambiente fabril

Ar ambientePele operadorNylon, lã vestuárioBorrachasolado calçadoPoliestireno piso

Geração de Cargas Indução

• Característica: proximidade entre corpos induz cargas num deles

• Fatores: grau de proximidade e quantidade de cargas


+++++++

---- -- -

+++++

+-------

++ + + +

++ +

----------- --

+++++

+----------- --

----------- --

------------

FONTE CORPONEUTRO

CORPOCARREGADO

Fontes de cargas eletrostáticas• Corpo humano (movimento)

• Ambiente de manufatura (piso, equipamentos e materiais)

Corpo humano (tensão gerada) *

Ação 10 - 25% UR 65 - 90% UR (ambiente seco) (ambiente úmido)

Caminhar sobre carpete 35000 V 1500 VCaminhar sobre piso isolante 12000 V 250 V

Movimentar os braços 6000 V 100 VManipular saco de polipropileno 18000 V 1500 V

* ESD Basics, Midwest Chapter, ESD Association


Danos por Descargas Eletrostáticas

• Efeitos de ESDEfeitos de ESD– Danos em Componentes Eletrônicos <100 Volts

– Sentir 3,000 Volts

– Ouvir 4,000 Volts

– Ver 5,000 Volts

Ambiente de Manufatura (geradores de cargas)*

Superfícies de trabalho plásticas ou pintadas

Pisos madeira ou concreto com cobertura isolante

Vestuário calçados com solado de borrachavestimentas em acrílico ou poliéster

Embalagens sacos de papel ou plásticoenvelopes plásticoscaixas de papelão

Área de trabalho frascos plásticosparafusadeiras e esteiras não aterradas

* Treinamento Compaq ESD


O que é ESD?• Transferência abrupta de cargas de um corpo para outro até que se atinja o equilíbrio (de cargas) entre eles

Efeitos da descarga eletrostática• O ser humano pode “observar” os efeitos de uma ESD da seguinte forma:

Tensão de descarga Efeito Até 3500 V Não sente ou ouve Acima de 3500 V Pode ser sentida Acima de 4500 V Pode ser ouvida Acima de 5000 V Pode ser vista

• Um componente ou produto eletrônico pode apresentar danos irreparáveis ao ser atingido por descargas eletrostáticas

Descarga Eletrostática (ESD)Descarga Eletrostática (ESD)

Modelo do Corpo Humano • A descarga ocorre quando uma pessoa carregada toca um componente ou produto que esteja aterrado

Modelo do Dispositivo Carregado• Componente ou produto carregado que, ao tocar uma superfície aterrada possibilita a ocorrência de descarga eletrostática

Modelo de Máquina• Máquinas e equipamentos utilizados no processo de manufatura, não convenientemente aterrados, podem possibilitar uma descarga eletrostática


Danos por Descarga Eletrostática

• Impacto no Sistema ou DiscoImpacto no Sistema ou Disco– Danos Catastróficos

• Disco Falha Imediatamente

– Danos Latentes• Disco poderá

Falhar no Campo

A ocorrência da descarga altera as características elétricas de componentes ou produtos Falhas

Catastrófica• Componente ou produto sofre dano permanente• Alteração no funcionamento

Latente• Componente ou produto sofre dano mas continua a funcionar• Vida útil e desempenho comprometidos


Definição• Todo e qualquer material passível de dano por ESD• Exemplos: módulos de memória, drivers para CD-ROM e microcomputadores

Classificação por nível de sensibilidade

Tipo de dispositivo Sensibilidade (volts) MOSFET (sem proteção) 100 - 200 EPROM (sem proteção) 100 CMOS (com proteção) 250 - 3000 Transistores bipolares 380 - 7000

Divisão em classes de sensibilidade *

Até 249 V Classe 0De 250 V a 499 V Classe 1ADe 500 V a 999 V Classe 1BDe 1000 V a 1999 V Classe 1CDe 2000 V a 3999 V Classe 2De 4000 V a 7999 V Classe 3AAcima de 8000 V Classe 3B

* ESD STM 5.1 - 1998; ESD Association

Itens sensíveis à ESD (ESDS)Itens sensíveis à ESD (ESDS)

Itens sensíveis à ESD (ESDS)Itens sensíveis à ESD (ESDS)

S

G

D

S

G

D

Transistor MOS

Esquema tridimensional Estrutura do transistor MOS

Itens sensíveis à ESD (ESDS)

Falhas catastróficas

Estrutura de transistor MOS Estrutura de circuito integrado

Infra-estrutura

• Estações de trabalho estaticamente protegidas contra ESD (WESD)• Equipamentos e ferramentas com suas partes metálicas aterradas• Demarcação de área sensível à ESD • Monitoração de temperatura e umidade

Materiais sensíveis• Estruturas de proteção contra ESD• Embalagens blindadas, anti-estáticas ou dissipativas

Material de proteção• Pulseira de aterramento• Calcanheira de aterramento• Mantas • Avental de algodão ou com acabamento dissipativo• Loção umedecedora• Ionizadores

Prevenção à descarga eletrostáticaPrevenção à descarga eletrostática

Danos por Descargas Eletrostáticas

• Medidas PreventivasMedidas Preventivas– Utilizar sempre a Pulseira e Calcanheira

Antiestáticas (Duas)– Aterrar as Áreas de Trabalho / Tapetes– Aterrar Carrinhos Moveis ou Fixos– Remover Objetos Causadores,

Fita Adesiva, Papel, etc.

• Estrutura metálica aterrada• Manta dissipativa• Pontos de aterramento• Conectores de pulseira de proteção• Identificação por simbologia padronizada

Controle e proteção contra ESDControle e proteção contra ESD

Estação de trabalho estaticamente protegida (WESD)

• Equipamento para neutralização de cargas em isolantes• Corrente alternada (AC) ou Corrente contínua (DC)• Emissão balanceada de íons


Ionizadores

Símbolos padronizados Identificação dos itens ESDS Identificação de proteção

Identificação de ponto de aterramento Identificação de área sensível


• Indica precaução

• Caso os produtos sejam manipulados sem proteção, há risco de dano

• Pode conter indicação da classe de sensibilidade

• Indica ponto de aterramento

• Presente em WESDs ou em áreas de trabalho protegidas

• Indica que os itens ou materiais estão protegidos

• Indica fronteira de área sensível à ESD

• Só é permitido adentrar a área vestindo avental

• Dentro da área sensível os operadores deverão usar pulseiras ou calcanheiras de aterramento

Procedimentos

Disciplina e conscientização de cada operador

Testador de pulseiras e calcanheiras de aterramento• Testes diários (2 vezes ao dia) antes do início dos trabalhos

Uso da Planilha de registro de testes• Registro de teste de pulseira/calcanheira em planilha específica para este fim


Atitudes e práticas de prevenção

• Somente manusear itens sensíveis em áreas protegidas devidamente identificadas quanto a sensibilidade à ESD

• Armazenar os itens sensíveis sempre em embalagens apropriadas

• Não transportar itens sensíveis sem que estes estejam protegidos por embalagens blindadas eletrostaticamente

• Conectar-se (através da pulseira) a um ponto de aterramento antes de tocar qualquer material na área de trabalho • Não conectar a pulseira de aterramento em mantas ou outros pontos diferentes dos pontos de aterramento

• Utilizar calcanheira nas áreas protegidas com piso condutivo

• Não permitir que ninguém que não esteja aterrado toque em itens sensíveis

• Manter papel, plástico e peças de vestuário fora das WESDs


Auditoria

Periódica

Inspetor especificamente treinado

Indicadores• Estação de trabalho estaticamente protegidas • Infra-estrutura produtiva• Ambiente • Materiais ESDS• Materiais de proteção• Práticas de prevenção • Treinamento


Fenômenos Elétricos

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