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Curso Técnico de Inst. Manut. Equip. Inf. Redes

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Curso Técnico de Instalação e Manutenção de Equipamentos Curso Técnico de Instalação e Manutenção de Equipamentos de Informática e Redesde Informática e Redes

Prof. Francisco Fechine Borges

Coordenação de Eletrônica

Janeiro de 2004

Dispositivos de Proteção ElétricaDispositivos de Proteção Elétrica


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Dispositivos de Proteção Elétrica

São dispositivos usados para proteger equipamentos eletrônicos (computadores, impressoras, equipamentos de áudio, vídeo e informática em geral) dos distúrbios e ruídos provenientes da rede elétrica. Além disso, são também utilizados para garantir o funcionamento destes equipamentos na falta de energia, como é o caso do no-break.

Os principais dispositivos de proteção usados são:

• Estabilizadores;• Filtros de Linha;• No-Breaks;• Módulos Isoladores.

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O que é o Estabilizador ?

O estabilizador corrige a tensão que recebe da rede elétrica e a fornece estabilizada aos equipamentos, protegendo-os desta forma contra sub/sobretensão. Os estabilizadores normalmente incorporam filtro de linha e varistor, tornando-os eficientes também contra os ruídos e surtos de tensão.

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Dimensionando um Estabilizador

Passo 1: Verificar na parte traseira de cada equipamento que será conectado ao estabilizador o valor do consumo, em Watts (W) ou VA;Passo 2: Repetir o passo 1.1 para cada um dos equipamentos que serão ligados ao estabilizador;Passo 3: Somar as potências encontradas, para obter a potência total;Passo 4: Adquirir um estabilizador que forneça potência superior à total do ítem 1.3. Colocar uma margem de segurança de, no mínimo 30%, isto é, adquirir um estabilizador cuja potência seja no mínimo 30% superior à soma das potências dos equipamentos que neles serão conectados.

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Exemplo de Dimensionamento de um Estabilizador

Passo 1: Equipamento A possui a indicação: 300W;Equipamento B possui a indicação: 100VA (que é igual a 100W)

Passos 1.2 e 1.3:

Potência Total = Equipamento A + B = 300 + 100 = 400W*;

Passo 1.4: Adquirir um estabilizador, por exemplo, de 500 VA.

* Nota: Os estabilizadores normatizados (até 3 kVA) utilizam fator de potência 1. Isto significa que Watts será igual a VA. Portanto, tanto faz a medida que o fabricante da carga utilizar, você não precisa fazer a conversão. Considere tudo como Watts.


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• Para manter a tensão de saída em uma faixa especificada, o equipamento tenta contrabalançar as variações da tensão de entrada.

Funcionamento do Estabilizador


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Problemas de um estabilizador de baixa qualidade

As conseqüências do tipo de projeto elaborado pelos fabricantes podem ser vistas tanto pelos testes realizados pelo INMETRO como também no uso diário. Podemos identificar dois problemas básicos:

• Falta de capacidade de carga;

• Proteção deficiente.


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• Falta de capacidade de cargaA combinação de fatores como micro mais carregado, consumo extra durante o power-up e boot e temperatura ambiente elevada provocam um aumento na demanda de corrente. Na hora em que esta corrente extra é necessária, muitas vezes o estabilizador não suporta a carga.

• Proteção deficienteO tempo de resposta excessivamente longo do estabilizador também pode causar problemas. O estabilizador chega a chavear mas não a tempo de impedir que o microcomputador seja reiniciado.

Problemas de um estabilizador de baixa qualidade


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Dicas relativas a Estabilizadores

• Se você já tem um estabilizador instalado, verifique se ele não está aquecendo em demasia.

• Se você reside em uma área onde a alimentação é estável, não necessita de estabilizador. Neste caso, o uso de um simples filtro de linha com um fusível e chave liga-desliga será tão efetivo quanto um estabilizador.

• Se a rede não é estável, não há outra saída. Invista em um no-break de capacidade adequada para o seu equipamento.


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Itens a serem observados quandoda compra de um estabilizador

• Potência Máxima fornecida: A partir de 300VA. O consumo da carga não deve ser superior a 90% da potência do estabilizador (ideal 70%);

• Tensão de entrada: 220/115 VAC, de acordo com o fornecimento da sua cidade ou empresa. Recomenda-se o tipo bivolt;

• Tensão de saída: Normalmente é 115 volts. O estabilizador não deve ser ligado na saída do No-break;

• Número de tomadas de saída de tensão: recomenda-se quatro ou mais;


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• Filtro de linha embutido: verifique a sua existência e tipo de proteção EMI e RFI;

• Rendimento: todo aparelho, para funcionar, consome energia, consumo este que deve ser o mais baixo possível. Exemplo: consumo 5 % e fornecimento de 95 % de potência para o equipamento;

• Tempo de resposta: tempo que o estabilizador leva para comutar a saída, mantendo a tensão estabilizada. Exemplo: 16,6ms. Quanto menor, melhor.

• Tipo de dispositivo de comutação: a relé ou a semicondutor. O sistema a semicondutor permite melhor tempo de resposta e sincronismo.

Itens a serem observados quandoda compra de um estabilizador


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• 3 estágios de estabilização (microprocessado);• Entrada bivolt; • Leds no painel frontal que fornecem as seguintes

indicações:rede normal; rede alta crítica; rede baixa crítica;

• Chave liga/desliga embutida, evitando desligamento acidental;

• Fabricado em plástico antichama e alto impacto. • 04 tomadas de saída;• Atende à Norma Brasileira NBR14373;• Porta-fusível externo;• Protetor telefônico em conformidade com a norma K20

Características de um estabilizador comercial


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Características de um estabilizador comercial

Vista traseira de um estabilizador comercial


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No-breaks(Uninterruptible Power Supply - UPS)

http://www.powersupersite.com/store/viewitemdetails.cfm?idProduct=443


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O que é um no-break e sua utilidade

De uma forma geral, os sistemas ininterruptos de energia, conhecidos popularmente no Brasil como No-Breaks, possuem como função principal fornecer à carga crítica energia condicionada (estabilizada e filtrada) e sem interrupção, mesmo durante uma falha da rede comercial.Ao receber a energia elétrica da concessionária, o No-Break transforma esta energia não condicionada, isto é, abundante em flutuações, transitórios de tensão e de freqüência, em energia condicionada, onde as características de tensão e freqüência são rigorosamente controladas. Desta forma oferece parâmetros ideais, o que é fundamental para o bom desempenho das cargas críticas (sensíveis).


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Transitórios e deformações da forma de onda de tensão, variações de freqüência e mini-interrupções (duração de até 0,1 segundo) dependem de uma série de fatores, tais como:

• proximidades de cargas reativas ou não lineares (retificadores controlados);

• comutação de cargas na rede;• descargas atmosféricas;• ruídos

Estes fenômenos perturbam a operação e comprometem a confiabilidade dos sistemas computacionais. De acordo com sua magnitude podem afetar até o hardware pela danificação de semicondutores, discos rígidos, cabeças de gravação, entre outros.


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Componentes de um No-breakUm sistema No-Break é composto por:

• circuito retificador/carregador de baterias: converte tensão alternada em contínua, mantendo o banco de baterias carregado e alimentando o inversor;

• banco de baterias: armazena energia para alimentar a carga durante falhas da rede elétrica e atua como filtro;

• circuito inversor de tensão: converte tensão contínua (proveniente do banco de baterias) em tensão alternada para alimentar a carga;

• chave estática ou bypass automático: transfere a carga para a rede em caso de falha no sistema


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Tipos de No-breaks

1. Off-Line


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Tipos de No-breaks

2. Line-Interactive


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Tipos de No-breaks

3. On-line


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o Nobreak interativo e regulação on-line;o Microprocessado (Microprocessador RISC de alta

velocidade, integrando diversas funções periféricas aumentando a confiabilidade e o desempenho do circuito eletrônico);

o Protetor telefônico com conectores padrão RJ-11 para FAX, modem ou internet DSL (acompanha cabo telefônico);

o Estabilizador interno com 4 estágios de regulação de tensão de saída, pois o circuito leva em consideração as distorções harmônicas existentes na rede elétrica;

o EXTENSION CORD: Extensão com 3 (três) tomadas de saída auxiliares que facilitam a conexão de equipamentos periféricos ao nobreak;

Características de um No-Break Comercial Parte I


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o Modelos Bi-Volt automático (entrada em 115V ou 220V e saída em 115V);

o Modelos S (entrada em 115V e saída em 115V);o SELF FUNCIONAL TEST: ao ser ligado, o equipamento

auto-executa uma rotina de testes em seus circuitos internos;

o BATTERY MANAGEMENT (Gerenciador de Baterias): informa quando a bateria precisa ser substituída;

o Filtro de linha interno (modo diferencial);o Recarregador "Strong Charger", permite a recarga das

baterias mesmo com níveis muito baixos de carga; o Recarga automática das baterias (mesmo com o no-break

desligado); o Forma de onda SENOIDAL POR APROXIMAÇÃO

(Retangular PWM - controle de largura e amplitude);

Características de um No-Break Comercial Parte II


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o Permite ser ligado na ausência de rede elétrica (DC Start);

o Led que indica as condições (status) do nobreak: modo inversor/bateria, final de autonomia, subtensão, sobretensão, bateria em cargas etc;

o Proteção em 4 níveis:-Contra sobrecarga e curto circuito;-Contra surtos de tensão entre fase e neutro;-Contra sub/sobretensão de rede com retorno e desligamento automático;-Contra descarga total das baterias;

o Função mute (inibidor de alarme sonoro).

Características de um No-Break Comercial Parte III


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Filtros de Linha

O filtro de linha atenua as impurezas provenientes da rede elétrica, tais como interferência eletromagnética (EMI) e de rádio frequência (RFI), protegendo os equipamentos contra ruídos. Os filtros de linha normalmente também apresentam proteção contra surtos de tensão, pois possuem um componente chamado "varistor", responsável por essa proteção.


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Esquema elétrico de um filtro de linha:

Filtros de Linha


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Supressores de transientes existentes nos filtros de linha:

• São usados basicamente três tipos principais de protetores: centelhadores a gás, varistores e diodos zenner ou de avalanche. Podem ser utilizados isoladamente ou em conjunto, formando protetores híbridos.

Os centelhadores a gás funcionam pela disrupção do gás em seu interior quando a tensão entre seus terminais atinge um determinado valor definido pelo produto.

O varistor é um dispositivo composto de grãos de óxido metálico polarizados, que ao ser atingida a sua tensão nominal de grampeamento, passa a alinhar os grãos de forma a permitir a passagem da corrente. Este alinhamento tem um comportamento não linear, dividido em três estágios, como pode ser visto na figura a seguir:

Filtros de Linha


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Curva característica do Varistor:Na fase A o varistor tem uma resistência muito alta e de valor praticamente constante. Quando é atingida a fase B o varistor tem uma abrupta queda de sua resistência, fazendo com que a tensão entre seus terminais permaneça constante. Se a fase B for ultrapassada, então o varistor passará a ter novamente uma resistência constante e muito baixa.

Filtros de Linha


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O diodo zener é um dispositivo de estado sólido que passa a conduzir a partir de uma determinada tensão, mantendo então a tensão em seus terminais praticamente constante.

Nas tabelas a seguir são feitas comparações entre os tipos de supressores e suas principais vantagens e limitações:

Filtros de Linha

Dispositivos de Supressão aos

Transientes

Linhas de

Dados

Telecomunicações (primário)

Telecomunicações (secundário)

Energia CA

Energia CC

Varistor X X X X X

Diodo Zener X X X

Centelhador a Gás

X


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Filtros de Linha

Dispositivos de Supressão

aos Transientes

Vantagens Limitações

Varistor - Ideal para linhas de energia em corrente alternada;- Resposta em tempo inferior a 10-9 segundo;- Utilizável em surtos de até 70 kA;- Vida útil de até 1000 surtos para onda padrão de corrente 8 x 20 µs de 1000 A;- Modo de falha do elemento com curto-circuito entre seus terminais.

- Capacitância própria maior que 500 pF;- Corrente de fuga de aproximadamente 10 µA;- Tensão de grampeamento cresce com a corrente.


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Filtros de LinhaDispositivos de Supressão aos

Transientes

Vantagens Limitações

Diodo Zenner - Ideal para proteção de sistemas de baixa tensão;- Resposta em tempo inferior a 10-9 segundo;- Vida útil ilimitada para onda padrão de corrente 8 x 20 µs de 50 A;- Capacitância própria de 50 pF;- Modo de falha do elemento com curto-circuito entre seus terminais.

- Baixa capacidade de absorção: 50 A para onda padrão de corrente 8 x 20 µs;- Corrente de fuga de aproximadamente 10 µA;- Tensão de grampeamento cresce com a corrente.

Centelhador a Gás - Largamente utilizado na proteção primária de telefonia;- Alta capacidade de absorção: > 20 kA;- Corrente de fuga abaixo de 10-9 A;- Capacitância própria menor que 1 pF;- Vida útil de até 200 surtos para onda padrão de corrente 8 x 20 µs de 500 A;

- Tempo de resposta menor que 5 µs;- Modo de falha do elemento com circuito aberto entre seus terminais;- Tensão de disparo muda com o tempo;- Vida limitada.


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Como o ruído de linha passa pelafonte chaveada


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Funcionamento de um filtro de linha típico


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Resumo

Identifique os problemas que atingem a rede elétrica!


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Dispositivos de Proteção ElétricaExercícios:

1) Você precisa decidir entre dois estabilizadores, com as mesmas características técnicas, preço e potência, com a diferença de o primeiro é mais pesado que o segundo. Qual você escolheria ? Justifique sua resposta.

2) Visite 3 lojas de informática e anote as características técnicas e preços de 1 estabilizador, 1 filtro de linha e 1 No-break em cada loja. Elabore uma tabela comparativa destas características e faça a escolha de cada um destes equipamentos, considerando a melhor relação custo-benefício, ou seja, aqueles que você considera que são a melhor opção de compra.

3) Qual o problema da rede elétrica que é minimizado com a utilização de um filtro de linha ?

4) Quais os problemas da rede elétrica que são minimizados com a utilização de bom estabilizador com bom filtro de linha embutido ?


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Dispositivos de Proteção ElétricaExercícios:

5) Quais os 3 tipos de No-breaks existentes no mercado ?

6) Qual dos tipos de No-break tem tempo de comutação zero ?

7) Dimensione estabilizadores para as seguintes situações:

a) Dois computadores com consumo de 3A (110V) e uma impressora jato-de-tinta de 0,5A (110V);

b) Um computador com consumo de 2,5A (220V) e uma impressora laser de 8A (110V);

c) Dez computadores com consumo de 2A (110V) cada, numa sala de aula;

8) Para que serve o circuito inversor de tensão em um no-break ?

9) Qual a diferença fundamental entre um no-break off-line e um no-break line-interactive ?

10) Pesquise e explique o que é e como funciona o VARISTOR.

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