GOVERNO DO ESTADO DE MATO GROSSO DO SUL SECRETARIA DE ESTADO DE EDUCAÇÃO CENTRO DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL EZEQUIEL F. LIMA ATERRAMENTO E BLINDAGEM

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1 GOVERNO DO ESTADO DE MATO GROSSO DO SUL SECRETARIA DE ESTADO DE EDUCAÇÃO CENTRO DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL EZEQUIEL F. LIMA ATERRAMENTO E BLINDAGEM Os sistemas de cabeamento estruturado foram desenvolvidos com o propósito de unificar a infra estrutura de cabeamento para diversos serviços de telecomunicações. O meio físico escolhido para tal implementação foi o cabo de pares trançados balanceado e sem blindagem. Porém, com o avanço tecnológico das aplicações de altas velocidades, o cabo blindado tem se tornado não só o meio mais seguro, mas também o necessário.como exemplo, é possível citar a aplicação 10G Base-T (Ethernet a 10Gb/s), que apresenta melhor desempenho quando implementada em sistemas na categoria 6A, com cabos F/ UTP. A blindagem se faz necessária em decorrência dos seguintes fenômenos: 1- Acoplamento condutivo; 2- Acoplamento capacitivo (devido a campos elétricos); 3- Acoplamento indutivo (devido a campos magnéticos); 4- Acoplamento eletromagnético (dvido à combinação de campos elétricos e magnéticos); 1.1-Acoplamento Condutivo Ocorre quando dois circuitos ou canais compartilham um mesmo ramo, conforme representado abaixo. Sendo o circuito 1 (um) de alimentação elétrica e o 2 (dois) um canal de telecomunicações, então se uma corrente interferente migrar do circuito 2 (dois) para o circuito 1 (um), por meio do ramo compartilhado por eles, esta não terá intensidade suficiente para prejudicar o funcionamento do sistema elétrico, no entanto, se o contrário ocorre, ou seja, se uma corrente parasita (interferente) for conduzida de 1 (circuito1) para 2: (circuito 2), ela poderá prejudicar significativamente a transmissão de sinais no canal de telecomunicações. Na prática, o acoplamento condutivo ocorre, com certa freqüência, quando dois canais ou circuitos compartilham diretamente um mesmo sistema de aterramento. 1.2-Acoplamento Capacitivo Este tipo de acoplamento ocorre entre cabos de alimentação elétrica e de telecomunicações instalados paralelamente em um dado trecho. O acoplamento capacitivo entre dois canais, representado, na figura a seguir, como C PT (capacitância entre o circuito de potência e o canal de telecomunicações), é responsável pelo acoplamento elétrico entre esses dois circuitos. O valor dessa capacitância varia em função da distância entre eles e será maior, quanto menor a distância de separação entre os dois circuitos: interferente e interferido. 1

2 Cabo elétrico CPT ZPT CPG Zcarga Fonte de sinal CTG Z0 Onde: C pt, é a capacitância entre o circuito de potência e o canal de telecomunicações; Z pt, é a impedância entre o circuito de potência e o canal de telecomunicações; C PG, é capacitância entre o circuito de potência e a terra; C TG, é capacitância entre o circuito de telecomunicações e a terra. 1.3-Acoplamento Indutivo Ocorre devido à indutância mútua entre dois ou mais canais, conforme a figura a seguir. A indutância mútua gerada entre dois canais é responsável pelo acoplamento indutivo entre eles. Quando uma corrente flui em um circuito (interferente) terminado com uma impedância de carga (uma placa de rede ou uma porta de switch), ela produz um fluxo magnético proporcional a sua intensidade. O fluxo magnético induz uma tensão de ruído (V ruído ) no circuito interferido, esta, por sua vez, gera uma corrente interferente que responsável pela introdução do ruído. O acoplamento indutivo ou magnético é o principal responsável pela ocorrência de diafonia entre dois canais. A geometria dos condutores do cabo utilizado para a transmissão de sinais, bem como o arranjo geométrico entre dois canais no espaço, é um fator importante que deve ser considerado no que diz respeito ao valor da indutância mútua entre eles e, consequentemente, do nível de interferência. A interferência, por acoplamento indutivo, pode ser reduzida por meio de duas técnicas práticas e eficientes: - A separação entre os canais, pois quanto maior a distância entre eles menor será o nível de interferência; - A manutenção da geometria dos condutores do cabo de transmissão de sinais ao longo de sua extensão. 2

3 É sempre importante lembrar que a intensidade do campo magnético responsável pelo acoplamento indutivo, entre dois canais, é diretamente proporcional à intensidade da corrente elétrica que o produz e inversamente proporcional à distância entre os canais interferente e interferido. 1.4-Efeitos combinados Nos itens anteriores os meios de acoplamento foram analisados de forma isolada, mas em instalações reais esses mecanismos se apresentam de forma combinada e em intensidades diferentes que dependem de algumas condições técnicas e ambientais. 1.5-Redução dos efeitos da interferência eletromagnética. As principais técnicas mais utilizadas na redução dos efeitos da interferência eletromagnética (EMI), em sistemas de cabeamento de cobre, são: - Blindagem; - Aterramento; - Balanceamento; - Filtragem. A técnica de balanceamento, que se obtém quanto os condutores são trançados em pares e fontes de transmissão simétricas são utilizadas, pode ser usada também para melhorar a resposta do cabo em relação a interferência eletromagnética. Portanto, para reduzir ou eliminar os efeitos da EMI na transmissão de dados e voz, os condutores dos cabos são trançados e/ ou envolvidos em uma blindagem. Essa combinação de blindagem e balanceamento oferece uma solução mais eficiente. A filtragem é aplicada por meio da utilização de equipamentos (filtros) que impedem a passagem de sinais interferentes que se propagam em uma dada faixa específica de freqüências. Essa técnica é muito eficiente, mas é usada em circuito eletrônico no hardware de equipamentos ativos, não sendo adequada para uso em cabos. O aterramento é uma técnica de fundamental importância que, com a blindagem e o balanceamento, reduz os efeitos da interferência eletromagnética em canais de transmissão de sinais. 1.5-Perdas por absorção. A perda por absorção é um parâmetro importante relacionado à blindagem e pode ser entendido como a capacidade que uma superfície (blindada) possui para absorver uma onda incidente. Como conseqüência, a intensidade da onda que passa de um meio para outro, em relação a uma barreira física (blindagem) instalada entre esses dois meios, diminui. A figura abaixo representa a situação descrita. 3

4 Observando a figura, conclui-se que uma parte da onda incidente será refletida de volta ao meio 1 (um), outra parte penetrará a blindagem, passando ao meio 2 (dois) atenuada, e uma terceira parte será contida e refletirá sucessivas vezes no interior da blindagem até que seja totalmente absorvida. O material e a forma geométrica da blindagem são fatores que definem o quanto da onda incidente será refletida, absorvida ou penetrará no interior da mesma, passando ao meio 2 (dois). A perda por absorção expressa uma relação entre a espessura da blindagem (t) e seu efeito pelicular (δ), que representa a profundidade de penetração da onda que está no interior da blindagem. Matematicamente, pode ser escrita como: çã 8,686 ; δ Portanto quanto maior for a perda por absorção (em db), mais eficiente será a blindagem, e consequentemente menor será a intensidade da onda que ultrapassa a blindagem alcançando o meio 2 (dois). 1.6-Blindagem. A blindagem eletromagnética é uma técnica utilizada para reduzir ou prevenir o acoplamento de sinais indesejados em dado sistema de cabeamento, de forma a permitir que este opere de maneira adequada em seu ambiente, no que diz respeito à interferência eletromagnética. Essa técnica pode ser usada também para minimizar o nível de emissão de um sistema em seu ambiente de operação. Existem duas considerações importantes a respeito dessa técnica: - Redução de interferência em baixas freqüências; - Redução de interferência em altas freqüências. Em baixas freqüências, os pares trançados absorvem a maior parte dos efeitos da interferência eletromagnética, já em altas frequências esses efeitos são absorvidos pela blindagem do cabo. 4

5 1.7-Eficiência da Blindagem. A blindagem contra emissões é uma forma prática viável para conter a interferência sem afetar o funcionamento do sistema. Entre os materiais comumente em regados em blindagens podemos citar: folhas metálicas, quadros e caixas metálicas, fitas metálicas etc. As blindagens são usadas para proteger os sistemas contra interferência eletromagnética irradiada. A eficiência de uma blindagem é determinada, basicamente, por três mecanismos decorrentes da incidência de uma onda interferente: - Reflexão pela superfície da blindagem; - Absorção pelo material da utilizado na blindagem; ou - Nova reflexão, após ser parcialmente absorvida pelo material da blindagem. O cálculo para eficiência da blindagem é feito em função de dois parâmetros: - P i : potência da onda incidente na blindagem; - P r : potência da onda refletida da blindagem. Portanto a expressão matemática que define, matematicamente, a eficiência da blindagem (SE, Shielding Effectiveness) é: 20. Uma eficiência de blindagem, da ordem de 60dB ou superior, oferece um nível de proteção muito bom. Para aplicações que utilizam larguras de banda entre 1GHz e 10GHz, a eficiência de blindagem deve estar entre 75 e 110dB, conforme especificações das normas pertinentes, bem como requisitos de mercado. Para que se tenha uma blindagem eficiente, é necessário avaliar, também, fatores tais como material, dimensões, localização no circuito ou sistema e geometria, entre outros. Uma blindagem totalmente fechada seria a solução ideal, pois teria uma eficiência de 100%, mas, na prática, é impossível a construção de blindagens 100% fechadas. Uma blindagem é algo muito mais complexo do que apenas um invólucro fechado, obtido com materiais metálicos, sem quaisquer critérios técnicos e sem conhecimento do tipo de ruído quês se deseja filtrar e em que freqüência ele se manifesta. Dessa forma, considerar que uma infra estrutura metálica fechada e aterrada, tal como uma eletrocalha por exemplo, seja um tipo de blindagem eficiente, para um sistema cabeamento UTP, é uma simplificação um tanto errônea e até mesmo arriscada, com relação à interferência eletromagnética e compatibilidade eletromagnética. 5

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