Interferências Eletromagnéticas – Parte II

Interferências Eletromagnéticas – Parte IIReceptores de EMI
Os distúrbios podem afetar apenas a fonte de alimentação de um equipamento ou mesmo atravessá-la, causando degradação temporária ou permanente do funcionamento daquele dispositivo em particular.

O distúrbio elétrico mais comum é o "burst" (rajada) ou "EFT" (Electrical Fast Transient), um ruído de alta freqüência que entra pela fonte do equipamento afetando componentes, tais como reguladores de tensão. As fontes são projetadas para filtrar somente a ondulação (ripple) de baixa freqüência através de capacitores eletrolíticos, portanto não filtram o ruído de alta freqüência.

Os circuitos digitais dos equipamentos utilizados em redes de computadores são bastante vulneráveis ao burst, pois podem interpretar os transientes como informação válida e gerar uma operação ou comando errado (em redes de automação industrial, acionamentos indevidos de relés, motores, etc).

Caminhos da EMI
Existem três caminhos de EMI entre a fonte e a vitima: irradiação, condução e indução. A EMI irradiada se propaga a partir da fonte, através do espaço, para a vitima. Um sinal conduzido viaja através de fios conectados à fonte e a vitima. Já a indução ocorre quando dois circuitos estão magneticamente acoplados.

A maioria das ocorrências de EMI se dá através de condução, ou alguma combinação de irradiação e condução. O meio conduzido pode envolver qualquer cabo de alimentação, entrada de sinal e terminais de terra de proteção. Por exemplo, um sinal é irradiado pela fonte e captado por um condutor anexado a vitima (ou diretamente pelo circuito da vitima) e é então conduzido para dentro da vitima. Já a EMI por indução é mais difícil de ocorrer, mas não impossível. O modo de acoplamento depende da freqüência e do comprimento de onda. Baixas freqüências propagam-se facilmente por meios condutivos, mas não tão eficientemente pelo meio irradiado. Altas freqüências se propagam eficientemente pelo ar e são bloqueadas pelas indutâncias do cabeamento.

Além da irradiação não intencional, existe o problema de irradiação intencional originadas em estações de rádio e transmissores em geral. Quando o receptor está próximo à fonte (campo próximo), campos elétricos e magnéticos são considerados separadamente. Quando o receptor está longe da fonte (campo distante), a irradiação é considerada como eletromagnética combinada.

Modos Diferencial e Comum
Os distúrbios podem ser acoplados e conduzidos para o interior de um equipamento por dois modos conhecidos: modo diferencial (entre fases) e modo comum (entre condutores fase e terra).

Interferências Eletromagnéticas – Parte II

Figura 4 – Modos de acoplamento diferencial e comum

Cada um destes modos de condução requer cuidados com tipos de EMI diferentes. As correntes de modo diferencial geralmente apresentam dois condutores facilmente identificáveis. Em uma linha de energia de dois fios, por exemplo, o sinal deixa o gerador em um fio e retorna pelo outro. Quando os dois condutores estão muito próximos, eles formam uma linha de transmissão e existe uma diferença de fase de 180° entre seus respectivos sinais. É relativamente simples construir um filtro que passe os sinais desejados e elimine os sinais não desejados para a linha de retorno. A maioria dos sinais desejados, tais quais os sinais de TV dentro de um cabo coaxial são sinais de modo diferencial

Detectando a EMI
A EMI pode ser detectada e medida com a utilização de aparelhos específicos. Existem empresas especializadas nesta área que efetuam a medição de interferências magnéticas e identificam as suas respectivas fontes.

Para se eliminar problemas de EMI e obter uma configuração EMC, devemos inicialmente identificar a fonte de perturbação eletromagnética, o mecanismo de acoplamento (como que as perturbações eletromagnética geradas são acopladas ao circuito) e a vítima (o circuito que está sendo afetado). Então é possível estudar uma solução para o problema trabalhando-se em um ou mais destes componentes para se reduzir o ruído acoplado.

Entretanto, a maioria dos casos de EMI é complexa e cada um destes componentes apresenta um grande número de variáveis. Por exemplo, deve-se verificar se o problema é causado por harmônicos, sobrecarga fundamental, emissões conduzidas, emissões irradiadas ou uma combinação de todos estes fatores. O problema poderá ser atenuado com um filtro (passa-baixa, passa-alta), choque de modo-comum ou com filtro de linha de AC ou a combinação destes. Aspectos como blindagem e os transformadores de isolamento também devem ser observados.

Todas essas questões devem ser levantadas durante o processo de busca da melhor solução, mas com certeza, não encontraremos em nenhum lugar a "receita" ideal. Cada caso é um caso.

Técnicas de proteção
O problema da EMI pode ser resolvido através da intervenção na fonte, no acoplamento ou no receptor, basicamente de três formas:

  • Pela supressão da emissão na fonte;
  • Fazendo com que o caminho de acoplamento seja o mais ineficiente possível
  • Tornando o receptor menos susceptível ao ruído.
    Interferências Eletromagnéticas – Parte II

Figura 5 – Solucionando a EMI

Para eliminar, ou pelo menos diminuir os efeitos da EMI, existem diversos procedimentos que devem ser aplicados ainda na fase de projeto de uma rede, os quais devem ser implementados na fase de montagem/testes como:

  • Cuidados com o aterramento interno e externo;
  • Utilização de blindagem eletrostática;
  • Filtragem (aplicação de filtros de linha);
  • Isolação;
  • Projeto adequado do layout do cabeamento e dos demais acessórios.

Para a proteção de redes de computadores em geral contra descargas atmosféricas e seus efeitos são usadas técnicas onde o principal trabalho a ser desenvolvido reside no mecanismo de acoplamento, uma vez que normalmente não estamos aptos para modificar a fonte (as próprias descargas) nem a vítima (uma unidade de equipamento).

Algumas práticas úteis dizem respeito ao emprego de blindagens, filtros, choques de modo comum, cuidados com o aterramento e a utilização de baterias:

Blindagens
As blindagens são usadas para determinar as fronteiras para a energia irradiada. Finos filmes de cobre trançado e folhas de metal são os materiais de blindagem mais comuns. A efetividade da blindagem geralmente requer folhas de metal sólido que encapsula completamente a fonte, o circuito suscetível ou o equipamento. Pequenas descontinuidades, tais quais buracos ou fendas, diminuem a efetividade da blindagem. Adicionalmente, as superfícies em contato entre as diferentes peças devem ser condutoras.

Filtros
O significado maior da separação de sinais se baseia nas suas diferenças de freqüência. Alguns filtros oferecem pouca oposição para certas freqüências  enquanto bloqueiam outras.

Os filtros variam em características de atenuação, características de freqüência e quanto à capacidade de manipular potenciais diferentes. Os nomes dados aos vários filtros são baseados na utilização de cada um. Por exemplo, os filtros de linha de AC, algumas vezes chamados de filtros de "força bruta", são usados para filtrar energia de RF dos circuitos de alimentação elétrica. Outro filtro, conhecido como filtro RC ou "snubber", são dispositivos eletrônicos que têm a finalidade de filtrar qualquer tipo de variação estranha na tensão. Ou seja, ele "desvia" qualquer ruído que exista no sistema para o aterramento da instalação.

Choques de Modo Comum
Os choques de modo comum são usados para ajudar na eliminação de praticamente qualquer problema de interferência em sistemas, desde TV a cabo e telefones, até a interferência de áudio causada por RF captada nos cabos dos alto-falantes.

Os choques de modo comum geralmente têm materiais de núcleo de ferrite e o tamanho e material do ferrite são determinados pela aplicação e freqüência. Por exemplo, um cabo AC de alimentação com um conector acoplado não pode ser facilmente enrolado em um pequeno núcleo de ferrite.

Aterramento
O aterramento forma um ponto de referencia universal entre os circuitos dos equipamentos eletro-eletrônicos, tornando-se um importante componente de segurança de qualquer instalação elétrica ou eletrônica. É parte integrante do sistema de proteção contra raios e um componente crítico de segurança para o cabeamento elétrico e lógico nas edificações, quer sejam comerciais, industriais ou residenciais.

O aterramento adequado dos equipamentos e seus cabos de interligação, bem como de filtros de proteção, é imprescindível para o escoamento de ruídos e surtos provenientes da rede elétrica e também para a criação de uma boa referência de potencial elétrico. Adequadamente executado, pode prevenir alguns problemas de EMI, especialmente quando se trata de sistemas baseados em transmissão via rádio, reduzindo, por exemplo, correntes harmônicas e ruídos elétricos no cabo de alimentação da antena.

Baterias
Uma forma prática e eficiente para diminuir a interferência elétrica conduzida ao receptor pelo cabo AC é utilizar baterias ou pilhas na alimentação. Nos casos comprovados de interferência devido a fontes de conversão AC/DC ineficientes, ou ausência de filtros de linha com blindagem e aterramento adequado, é uma alternativa a utilização de baterias (normalmente as automotivas) como fonte de alimentação.

Conclusão
O estudo da Interferência Eletromagnética está ganhando importância com o avanço da tecnologia e com a proliferação de equipamentos eletrônicos que emitem radiações eletromagnéticas muitas vezes não conhecidas, coabitando com outros muito susceptíveis.

Os motivos das perturbações elétricas estão nos efeitos causados pela EMI, que podem ser de origem interna e externa. As perturbações de origem interna ocorrem dentro do ambiente onde trafegam os cabos de dados e outros tipos de cabos, como por exemplo, os de energia. As perturbações de origem externa são causadas por ondas eletromagnéticas externas que causam perturbações diretamente nos cabos de dados ou indiretamente nestes, como as ondas de rádio, TV, telefones celulares, etc.

Atualmente existem entidades internacionais responsáveis por "policiarem" o nível de emissão de EMI dos equipamentos comercializados no mercado. Estas entidades estipularam parâmetros mínimos de interferências eletromagnéticas que um equipamento pode emitir e quanto devem tolerar. Vale lembrar que o fato dos equipamentos estarem dentro desses parâmetros não significa que o sistema como um todo esteja imune aos efeitos das interferências eletromagnéticas. Em muitos casos um sistema dedicado de proteção contra EMI se faz necessário.

Todas as medidas citadas anteriormente são importantes para minimizar os problemas da EMI e cada uma tem a sua particularidade e merece um estudo mais detalhado para o projeto. As perturbações provenientes de ondas eletromagnéticas ou de cabos que transmitem outras formas de energia ou sinal devem receber uma atenção especial visando que se tomem medidas que venham a atenuar ou eliminar tais perturbações. Para cada equipamento pode ser aplicada uma medida diferente de acordo com o tipo de funcionamento, as freqüências envolvidas na operação, a potência de consumo ou gerada e até o nível de qualidade de serviço (QoS) solicitado para a rede.

Leia também: Interferência Eletromagnética – Parte I

Fonte: José Mauricio dos Santos Pinheiro

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