ELETRICIDADE APLICADA INTERFERÊNCIA ELETROMAGNÉTICA(IEM) Turma: Red2N

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1 INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO RIO GRANDE DO SUL IFRS CÂMPUS PORTO ALEGRE ELETRICIDADE APLICADA INTERFERÊNCIA ELETROMAGNÉTICA(IEM) Turma: Red2N Carlos Alberto da Silva Simão Julio Cesar Cardoso Roberto Álvares Brito

2 INTERFERÊNCIA ELETROMAGNÉTICA(IEM) Quando se pensa em proteção para redes de computadores, a preocupação normalmente recai sobre riscos de curtos-circuitos, surtos de corrente e descargas atmosféricas e a interferência eletromagnética, normalmente é esquecida. Entretanto, ela pode causar muitos problemas no funcionamento dos equipamentos e, até mesmo, inutilizá-los. Para se ter uma idéia, a interferência eletromagnética está se tornando uma das maiores causas de perturbações nas transmissões de dados em redes de computadores. Ambiente Eletromagnético O ambiente eletromagnético pode ser definido por vários elementos, tais como a rede de energia elétrica, o tipo de edificação, outros equipamentos eletroeletrônicos instalados e até o ambiente externo. O ambiente eletromagnético de uma rede de computadores pode ser alterado à medida que ocorrerem reformulações no layout dos equipamentos, na edificação e, principalmente, na instalação elétrica. A ausência de uma política de prevenção específica, do ponto de vista da compatibilidade eletromagnética, com o sistema de energia elétrica pode ser a origem de diversos problemas de interferência nos equipamentos da rede. Interferência Eletromagnética A EMI (Electromagnetic Interference) ou Interferência eletromagnética é caracterizada por uma degradação no desempenho de um equipamento devido a uma perturbação eletromagnética que é capaz de se propagar tanto no vácuo quanto por meios físicos. Com isso, é possível verificar suas consequências a quilômetros de distância, como é o caso das descargas atmosféricas. Na verdade, todo circuito eletrônico produz algum tipo de campo magnético ao seu redor e, assim, se torna gerador de EMI. Como consequência, temos a transferência energia eletromagnética (ou acoplamento) entre um equipamento "fonte" com o equipamento "vítima", que pode ocorrer por radiação ou condução, ou ambos. Em todos os casos temos o envolvimento de uma fonte de energia eletromagnética, um dispositivo que responde a esta energia (vítima) e um caminho de transmissão que permite a energia fluir da fonte até a vitima. A coexistência de equipamentos de tecnologias diferentes, que emitem energia eletromagnética, em instalações elétricas projetadas inadequadamente, cria o problema de tornar eletromagneticamente compatíveis esses equipamentos com o ambiente onde estão instalados. Por exemplo, a EMI é muito frequente em áreas industriais, em função de maior uso de máquinas e motores e em redes de computadores próximas a essas áreas.

3 A EMI pode ser responsável por diversos problemas em equipamentos eletrônicos, dentre eles podemos ter falhas na comunicação entre dispositivos de uma rede de computadores, caracteres estranhos no monitor de vídeo, alarmes acionados sem motivo aparente, falhas esporádicas e que não seguem uma lógica, queima de circuitos eletrônicos e ruídos elétricos na alimentação. Compatibilidade Eletromagnética A Compatibilidade Eletromagnética - EMC (Electromagnetic Compatibility) pode ser definida como a capacidade de um dispositivo ou sistema para funcionar satisfatoriamente no seu ambiente eletromagnético sem introduzir, ele próprio, perturbações eletromagnéticas intoleráveis naquele ambiente. É, essencialmente, a ausência de EMI. A EMC quer dizer que um equipamento é compatível com seu ambiente eletromagnético. Esses dois termos EMI/EMC estão intimamente ligados e um equipamento é dito compatível eletromagneticamente quando: Não causa interferência em outros equipamentos; É imune às emissões de outros equipamentos; Não causa interferência em si próprio.

4 Estrutura básica da EMI/EMC Fontes naturais e não naturais As fontes de EMI podem ser divididas em naturais e não naturais (produzidas pelo homem). As fontes naturais podem ser desde ruídos atmosféricos, decorrentes de descargas elétricas, até ruídos cósmicos provocados por explosões do Sol. Por exemplo, no caso de quedas de raios sobre a rede de distribuição de energia elétrica, o distúrbio é propagado pelos fios até a instalação interna, provocando diversos danos. As fontes de EMI não naturais são geradas tanto dentro do ambiente predial como fora dele, em acionamentos de cargas indutivas como motores elétricos, cargas resistivas como lâmpadas incandescentes, aquecedores, equipamentos médicos, aparelhos de micro-ondas, equipamentos de comunicação móvel, etc. Um exemplo é a interferência causada por motores elétricos, resultante de arcos gerados nas escovas do motor. Como o comutador faz e desfaz o contato através das escovas, a corrente nos enrolamentos do motor é interrompida, causando uma grande variação de tensão através dos contatos. A qualidade da energia elétrica Independente da fonte de EMI, a qualidade da energia elétrica fica comprometida. A princípio, a energia elétrica entregue aos consumidores deve ser confiável e satisfazer às necessidades de cada um. Nesse contexto, o ambiente de uma rede

5 de computadores deveria ter sua alimentação elétrica sem ruídos, sem variações de tensão e sem quedas de energia. Porém alguns fatores como quedas de raios sobre ou próximo à rede de energia, o uso de cargas não lineares e retificadores dificultam essa tarefa, que é de responsabilidade da concessionária de energia. Interrupções no fornecimento de energia ou ruídos gerados na rede elétrica podem ocasionar falhas graves ou degradação no desempenho dos dispositivos de uma rede de computadores. Portanto, os fabricantes devem projetar esses equipamentos de modo a superar essas deficiências, seja com filtros, seja com fontes chaveadas e, em contrapartida, as concessionárias devem fornecer uma energia com qualidade. Esta qualidade depende não só da concessionária, mas também dos equipamentos elétricos utilizados nas unidades consumidoras. É cada vez mais comum a utilização de equipamentos eletroeletrônicos por consumidores industriais, comerciais e residenciais, mais sensíveis a problemas de qualidade de energia na rede, mas também mais poluidores, provocando distúrbios que podem afetar outras unidades consumidoras. Entendendo a EMI Para entender como ocorre a EMI, as suas consequências e as possíveis medidas para minimizar ou extinguir seu efeito, é necessário compreender o modo de acoplamento (definido como o caminho pelo qual parte ou toda energia eletromagnética de uma fonte especificada é transferida a outro circuito ou dispositivo), a ligação condutiva, qual a fonte causadora, os receptores dessas energias (equipamento vítima), os níveis de energia e a frequência envolvida. A figura seguinte mostra possíveis fontes de EMI (conduzida e irradiada), que podem estar presentes em um ambiente onde está instalado um equipamento vítima.

6 Um tipo de EMI bastante comum é a conduzida, que provoca degradação no desempenho de alguns equipamentos utilizados em redes de computadores. Essa interferência possui características bem definidas como ruídos em forma de transientes de alta frequência, provocados por acionamentos e desligamentos de motores, ou pode ser uma simples variação / flutuação da tensão de rede. Tanto a emissão como a imunidade aos ruídos são fatores importantes no projeto de um equipamento para uma rede de computadores. No caso de emissões, o projetista deve respeitar os limites impostos pelas normas, provendo o equipamento com filtros de linha na entrada da fonte de alimentação, isolando, blindando e aterrando circuitos digitais que operem com altas frequências ou circuitos analógicos com impedâncias elevadas, além de outras técnicas de montagem da rede interna que minimizam as emissões e garantam um nível de emissão dentro dos limites das normas. Fontes e Receptores de EMI O ambiente de uma rede de computadores que tenha uma diversidade de equipamentos instalados está sujeito a EMI gerada em seu próprio ambiente pelos próprios equipamentos ou originadas em salas e prédios vizinhos ou até mesmo em cabines primárias e subestações de energia próximas. Os efeitos podem ser desprezíveis como um simples ruído (chuvisco) apresentado em um monitor de vídeo ou podem trazer danos irreparáveis como a perda de informações, queima de unidades de disco, etc. Um ambiente eletromagnético não está apenas restrito a campos eletromagnéticos, mas também a sinais ruidosos na linha de transmissão ou de distribuição de energia elétrica. Por exemplo, um equipamento eletrônico pode não estar sujeito a campos eletromagnéticos gerados por outro equipamento próximo, mas pode sofrer uma interferência devido aos ruídos produzidos por esse equipamento e propagados através da rede de alimentação elétrica. Portanto, fontes e receptores de EMI sempre existirão. Fontes de EMI As causas básicas de EMI podem ser agrupadas em diversas categorias, desde efeitos de sobrecarga fundamental, ruído externo, emissões espúrias de um transmissor, variações de tensão, transientes elétricos e até descarga eletrostática: Sobrecarga Fundamental - Os equipamentos devem ser capazes de selecionar o sinal desejado, enquanto rejeitam todos os outros. Um sinal fundamental suficientemente forte pode entrar em um equipamento de diversas formas, sendo a mais comum a condução através dos fios conectados a este. Condutores possíveis incluem antenas e linhas de alimentação, cabos de interconexão, de transmissão, de potencia e cabos de aterramento. As antenas de TV e linhas de alimentação, telefones ou cabeamento de alto falantes e cabos de AC são os pontos mais comuns de entrada; Ruído externo - A maioria dos casos de interferência envolvem algum tipo de fonte externa de ruído, sendo o mais comum o ruído elétrico. Os ruídos externos também

7 podem ser originados em transmissores ou fontes não licenciadas de RF, computadores, rádios, fornos de micro-ondas e outros mais; Emissões Espúrias - Todos os transmissores geram sinais de RF fora de suas frequências alocadas. Estes sinais fora de faixa são chamados de emissões espúrias. As emissões espúrias podem ser sinais discretos ou ruídos de banda larga (harmônicos). Harmônicos são sinais em múltiplos exatos da frequência de operação (ou fundamental). Outros sinais espúrios são geralmente causados pelo processo de mistura de frequências usado na maioria dos receptores de rádio. Os transmissores também podem produzir ruído de banda larga e/ou oscilações parasitas. Transientes elétricos - São fenômenos que ocorrem no sistema elétrico, geralmente de forma indesejável e inesperada. São muitas vezes difíceis de detectar devido ao curto tempo de duração. Medidores convencionais não são capazes de detectá-los ou medi-los devido à resposta em frequência e taxa de amostragens limitadas. Os transientes podem ser de vários tipos, tais como: impulsivos, oscilatórios, de curta ou longa duração e com amplitudes que atingem alguns kv. Os transientes ocorrem no sistema elétrico quando há alterações de carga, quando ocorre uma queda de raio sobre uma linha de transmissão ou subestação de transformação, ou mesmo quando há um chaveamento/desligamento de cargas ou banco de capacitores. Variações de tensão - Ocorrem normalmente devido ao acionamento ou à parada de cargas de potência elevada na rede de alimentação, por exemplo, motores de elevadores. Essas perturbações são mais lentas e duram mais tempo e por esse motivo são mais perceptíveis e talvez menos perigosas do que os transientes, porque ao contrário destes, é possível perceber a perturbação no funcionamento e intervir na operação do equipamento antes que a rede possa sofrer algum dano. Uma das perturbações mais comuns são os "sags" ou "dips" tipicamente causados por acionamentos de motores elétricos e fornos. Os motores de indução podem consumir uma corrente de partida de até 800% da corrente nominal e durar até 8 segundos, dependendo do tipo de motor e da inércia da carga. Descarga Eletrostática - Além dos distúrbios elétricos gerados na rede de energia e das fontes de RF existem as ocorrências de descargas eletrostáticas (Electrostatic Discharge - ESD). A ESD é um fenômeno resultante da separação de cargas estáticas. Por exemplo, o atrito de dois tipos de materiais isolantes (o ar e a pele humana) pode transferir carga elétrica de um para o outro. Ao separá-los ocorre acúmulo de carga positiva em um e negativa no outro, gerando campos elétricos intensos e consequentemente uma diferença de potencial entre eles que pode atingir cerca de 25kV. A qualidade da energia elétrica Interrupções no fornecimento de energia ou ruídos gerados na rede elétrica podem ocasionar falhas graves ou degradação no desempenho dos dispositivos de uma

8 rede de computadores. Norma ANSI/EIA/TIA-569-A A norma ANSI/EIA/TIA-569-A, que tem como objetivo padronizar projetos e práticas de instalação de dutos e espaços para edifícios comerciais, bem como os equipamentos que serão instalados, permite o compartilhamento entre a rede lógica e a rede elétrica. Segundo essa norma, se a eletricidade é um dos serviços que compartilham o mesmo duto ou canaleta com a rede de dados, os mesmos deverão ser particionados, observando-se as seguintes situações: A tensão de alimentação deve ser inferior a 480V; As canaletas devem oferecer uma divisão física para a rede lógica e elétrica; A corrente nominal do cabeamento elétrico não deve ser superior a 20A. De acordo com a norma, para que sejam evitados os efeitos da interferência eletromagnética devem ser mantidas distâncias mínimas entre os trechos por onde haverá a passagem dos cabos da rede lógica e de energia, conforme a tabela seguinte: Fonte de interferência eletromagnética Distância mínima recomendada Motores ou transformadores elétricos 1,20m Conduíntes e cabos elétricos 0,30m Lâmpadas fluorescentes 0,12m

9 Exemplo de cabos de energia e lógicos em uma mesma canaleta Referências: José Mauricio dos Santos Pinheiro É graduado em Projeto e Gestão de Redes de Computadores e Pós-Graduado em Gerência e Segurança de Redes, pelo Centro Universitário de Volta Redonda - UniFOA, possuindo outros cursos de especialização na área de Redes de Computadores e Sistemas de Telecomunicações, tendo participado de vários projetos de implantação e operação de redes e sistemas de comunicação. Atualmente é palestrante e professor do Centro Universitário de Volta Redonda UniFOA e da Escola Técnica Pandiá Calógeras ETPC, em Volta Redonda-RJ. É autor dos livros "Guia Completo de Cabeamento de Redes" e "Cabeamento Óptico", ambos pela Editora Campus do Rio de Janeiro.