Princípios da blindagem

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Laboratório de teste EMC
Representação de campos elétricos e magnéticos

Campos magnéticos e elétricos

Como ocorrem as falhas de campo eletromagnéticas?

Através de condutores, o consumidor (Z) é alimentado partir de uma fonte de tensão (U). Entre os condutores positivo e negativo surgem diferenças de tensão, através das quais se forma um campo elétrico entre os condutores. À volta de um condutor onde passa corrente se forma um campo magnético (H). Devido à sua dependência da corrente, esse campo magnético é submetido a flutuações no tempo. Uma vez que nas aplicações menores existem correntes de tempo constante, são provocados campos alternados magnéticos irregulares. Os campos se transformam em sinais eletromagnéticos, em um tipo de "miniemissor" e simultaneamente em receptor. Assim cada condutor tem a capacidade de influenciar negativamente o funcionamento de outros equipamentos elétricos e eletrônicos. De modo a que estas influências não tenham efeitos detectáveis em seus equipamentos e instalações, é necessária uma blindagem correta dos cabos e condutores.

Interferência galvânica em um exemplo de diagrama elétrico

Interferência galvânica

Interferências galvânicas

Uma interferência galvânica ocorre quando dois circuitos de corrente utilizam um trajeto de condutor comum. Se trata frequentemente de um condutor de referência ou uma linha de retorno. As oscilações de corrente ou de tensão no primeiro circuito de corrente (p. ex., operações de comando) influenciam o segundo circuito. Mas as influências galvânicas também podem ser causadas por aterramentos incorretos de cabos MCR ou DÜ blindados.

Contramedidas:

  • Criar o trajeto de condutor comum o mais possível com um baixo valor ôhmico e pouca indutividade (utilização de bitolas de condutor com um tamanho suficiente)
  • Separar os circuitos de corrente tanto quanto possível
  • Manter as linhas de alimentação conjunta o mais curtas possível
  • Colocar os pontos de ramificação o mais perto possível da fonte de corrente
Interferência capacitiva em um exemplo de diagrama elétrico

Interferência capacitiva

Interferência capacitiva

A variável de perturbação da interferência capacitiva é a tensão elétrica. As interferências capacitivas são causadas por campos alternados elétricos de um sistema, com efeito de elemento perturbador. O exemplo típico de uma interferência capacitiva são dois cabos instalados paralelamente ao longo de um trajeto mais longo se comportando como duas placas de capacitor opostas e representando um curto-circuito para sinais de alta frequência nesta função.

Contramedidas:

  • Evitar tanto quanto possível a instalação paralela ou a manter o mais curta possível
  • Criar uma distância o maior possível entre o elemento perturbador e o condutor perturbado (distância mínima de 60 - 100 cm)
  • Utilização de condutores DÜ e MCR blindados (efetuar a blindagem de um lado)
  • Utilização de condutores trançados aos pares
Interferência indutiva em um exemplo de diagrama elétrico

Interferência indutiva

Interferência indutiva

A causa de uma interferência indutiva é um campo alternado magnético. À volta de um condutor onde passa corrente se forma um campo magnético que também penetra em condutores adjacentes. Uma alteração de corrente gera da mesma forma uma alteração do campo magnético, através do qual é induzida uma tensão nos condutores adjacentes.

Exemplo: quando dois cabos estão em paralelo em um comprimento de 100 m e a uma distância de 30 cm entre si e se a corrente do condutor que interfere for de 100 A (50 Hz), no condutor perturbado é induzida uma tensão de aprox. 0,3 mV. Com a mesma disposição, mas com uma alteração de corrente de 1 kA em 100 μs, é induzida uma tensão de aprox. 90 mV. Quanto mais rápida e maior for uma alteração de corrente, maior é a tensão induzida.

Contramedidas:

  • Entre cabos de alta tensão e cabos DÜ e MCR deve existir uma distância mínima de 1 m
  • As instalações paralelas devem ser o mais curtas possível
  • A utilização de condutores trançados pode reduzir a influência indutiva em aprox. o fator 20
  • Utilização de condutores blindados e assentes dos dois lados (blindagem)

Condutores trançados?
A utilização de condutores trançados reduz a interferência indutiva, uma vez que a torção dos fios permite uma inversão permanente da direção de indução em relação ao campo de interferência. De modo a evitar acoplamentos, os pares adjacentes de um cabo DÜ ou MCR são dispostos com diferentes passos de enrolamento. Passos de enrolamento típicos são de 30 a 50 mm. Em cabos de alta tensão, o passo de enrolamento é de 200 a 900 mm, dependendo da bitola de condutor.

Interferência de onda com base em um diagrama

Interferência de onda

Interferências de onda

A interferência de onda se refere a ondas ou impulsos conduzidos se propagando para os cabos DÜ e MCR adjacentes. Além disso, uma interferência por onda é causada mediante a propagação de um circuito de cabos para outro circuito dentro de um cabo. Na interferência galvânica, capacitiva e indutiva é negligenciada a duração dos sinais elétricos no condutor que perturba e no condutor perturbado. Em casos especiais, pode acontecer o comprimento de onda da frequência parasita alcançar o tamanho dos comprimentos dos condutores. Se esse caso ocorrer, também aqui é necessário considerar o efeito.

Contramedidas:

  • Utilizar cabos com pares blindados e blindagem total (blindagem)
  • Evitar adaptações incorretas em todo o trajeto do condutor
  • Não conduzir no mesmo cabo sinais com um nível muito elevado e sinais com um nível muito reduzido
  • Utilizar cabos com uma alta liberdade de reflexão, uma reduzida atenuação e uma baixa capacidade
Interferência de radiação em um exemplo de diagrama elétrico

Interferência de radiação

Interferência de radiação

As ondas eletromagnéticas de um elemento perturbador sem cabo também podem ter uma influência em instalações e condutores. O elemento perturbador é a onda livre H0, E0. Dependendo do tipo de interferência, no campo próximo pode predominar o campo elétrico ou magnético. Altas correntes criam sobretudo um campo magnético e altas tensões criam sobretudo um campo elétrico. A energia de interferência de alta frequência se espalha nos condutores conectados à fonte de interferência e permitindo uma radiação direta (>30 MHz). Além disso, os emissores adjacentes de alto desempenho podem causar altas intensidades de campo no local da instalação de cabos e ter um efeito de perturbação sobre os cabos. As maiores interferências ocorrem em instalações industriais ao desligar cargas indutivas. As grandes variações de tensão de alta frequência ocorridas neste processo são designadas "bursts". Os bursts têm uma gama de frequências até 100 MHz.

Contramedidas:

  • Utilizar no campo distante e próximo blindagens com uma alta capacidade de absorção e reflexão (cobre ou alumínio). Aqui, devem ser utilizadas blindagens condutivas e, se possível, completamente fechadas com uma baixa resistência de acoplamento e valores favoráveis de atenuação de blindagem. (Blindagem)
  • Em um campo próximo sobretudo magnético, em especial com frequências baixas, deve ser efetuada uma blindagem adicional com MU-metal ou um metal amorfo.
Conexões de blindagem em um condutor desenhado

Conexões de blindagem como medida de proteção

Blindagem como medida de proteção adequada

Em primeira linha, o tipo de conexão de blindagem se orienta em função das interferências esperadas. Para suprimir campos elétricos é necessário um aterramento (1) unilateral da blindagem. No entanto, as falhas provocadas por um campo alternado magnético apenas são suprimidas se a blindagem for efetuada dos dois lados. Contudo, em uma barra de blindagem bilateral (2) se forma um circuito de terra com suas conhecidas desvantagens. Especialmente as falhas galvânicas ao longo do potencial de referência influenciam o sinal útil e deterioram o efeito de blindagem. A utilização de cabos triaxiais (4) pode ser uma ajuda, já que a blindagem interior unilateral é conectada à blindagem exterior bilateral. Para minimizar as interferências galvânicas em uma blindagem do cabo conectada bilateral é frequentemente ligado um lado ao potencial de referência através de um condensador (3). Isso interrompe o circuito de terra, pelo menos, para correntes contínuas e de baixa frequência.

Representação de diversos métodos de blindagem e seus efeitos

Eficiência das medidas de blindagem

Eficiência da blindagem

O seguinte exemplo serve para clarificar a eficiência de medidas de proteção contra interferências. A disposição apresentada é exposta a um campo alternado magnético com 50 kHz em um comprimento de 2 m. A tensão parasita medida na saída é indicada em relação à tensão parasita sem uma blindagem de condutor conectada (1) 0 dB. Em uma blindagem de um lado (2) não resulta nenhuma melhoria, uma vez que não é eficiente em interferências magnéticas. Uma blindagem conectada dos dois lados, conforme a imagem 3, atenua o campo de interferência em aprox. 25 dB. Na disposição (4), o cabo trançado (20 enrolamentos/m) apresenta mesmo sem blindagem uma menor suscetibilidade a interferências (aprox. 10 dB), sendo isso alcançado através do efeito de compensação dos laços do condutor. Também aqui, a blindagem conectada de um lado (5) não apresenta nenhuma melhoria. Somente a blindagem conectada dos dois lados na disposição (6) melhora a atenuação para aprox. 30 dB.