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O ensaio de imunidade a surtos unidirecionais

Como é o diagrama simplificado do circuito do gerador de onda combinada? Quais as características de desempenho do gerador? Qual é a forma de onda da corrente de curto-circuito (8/20 μs) na saída do gerador com o CDN não conectado? Como deve ser feita a seleção do método de acoplamento/desacoplamento? Qual é a especificação de forma de onda de tensão na porta de ESE do CDN? Essas perguntas estão sendo respondidas na NBR IEC 61000-4-5 de 12/2020 - Compatibilidade eletromagnética (EMC) - Parte 4-5: Ensaios e técnicas de medição — Ensaio de imunidade a surtos.

27/01/2021 - Equipe Target

NBR IEC 61000-4-5 de 12/2020 - Compatibilidade eletromagnética (EMC) - Parte 4-5: Ensaios e técnicas de medição — Ensaio de imunidade a surtos

A NBR IEC 61000-4-5 de 12/2020 - Compatibilidade eletromagnética (EMC) - Parte 4-5: Ensaios e técnicas de medição — Ensaio de imunidade a surtos está relacionada com os requisitos de imunidade, métodos de ensaio e níveis de ensaio recomendados para equipamentos, com relação a surtos unidirecionais causados por sobretensões transitórias provenientes de manobras e descargas atmosféricas. São definidos vários níveis de ensaio, que se relacionam a diferentes condições de ambiente e instalação.

Estes requisitos foram desenvolvidos e são aplicáveis aos equipamentos elétricos e eletrônicos. O objetivo desta norma é estabelecer uma referência comum para avaliar a imunidade de equipamentos elétricos e eletrônicos, quando sujeitos a surtos. O método de ensaio documentado nesta parte descreve um método consistente para avaliar a imunidade de um equipamento ou sistema contra um fenômeno definido.

Conforme descrito no IEC Guia 107, esta é uma publicação de EMC básica para uso pelas comissões de produto da IEC. Como também foi estabelecido no Guia 107, as comissões de produto da IEC são responsáveis por determinar se esta norma de imunidade é aplicada ou não e, se aplicada, eles são responsáveis pela determinação dos níveis de ensaio apropriados e pelos critérios de desempenho. O CT 77 e seus subcomitês estão dispostos a cooperar com as comissões de produto na avaliação do valor dos níveis de ensaio de imunidade específicos para seus produtos.

Esta norma define: uma série de níveis de ensaio; equipamentos de ensaio; configurações de ensaio; procedimentos de ensaio. A função do ensaio laboratorial descrito é encontrar a reação do equipamento sob ensaio (ESE) sob condições operacionais especificadas, contra surtos de tensão causados por manobras e descargas atmosféricas. Não se pretende ensaiar a capacidade de isolação do ESE para suportar o estresse de alta-tensão. Não são consideradas nesta norma injeções diretas das correntes de descarga atmosférica, ou seja, o impacto de descargas atmosféricas diretas.

O método de ensaio de produtos cc, na revisão atual da NBR IEC 61000-4-5, está causando muitos problemas em campo para os laboratórios de ensaio e fabricantes. Muitos produtos não funcionarão alimentados por meio da rede de acoplamento/desacoplamento (CDN) normalizado e, em alguns casos, podem ser danificados devido à indutância necessária para a aplicação do surto.

O problema do conversor cc/cc está relacionado, por um lado, pelo chaveamento do conversor que produz uma queda de tensão nos indutores de desacoplamento e, por outro lado, pelas oscilações produzidas pelas impedâncias combinadas do ESE e da fonte. Medições foram realizadas para demonstrar o problema com diferentes marcas de CDN, utilizando um dispositivo conhecido como ESE.

O resultado apresentou diferentes oscilações e formas de sinal de tensão no ESE para diferentes CDN. De acordo com exposto, o uso de uma CDN com elevada corrente nominal (isto é, pequena indutância de desacoplamento) pode solucionar o problema. Em 7.3 foi adicionado um parágrafo, permitindo ensaios de surto com CDN de maior corrente nominal, e adicionado um novo Anexo I, que explica o problema em detalhes.

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Como é o diagrama simplificado do circuito do gerador de onda combinada?

Quais as características de desempenho do gerador?

Qual é a forma de onda da corrente de curto-circuito (8/20 μs) na saída do gerador com o CDN não conectado?

Como deve ser feita a seleção do método de acoplamento/desacoplamento?

Qual é a especificação de forma de onda de tensão na porta de ESE do CDN?

Os transientes de comutação do sistema de energia podem ser separados em transientes associados com: maior importância – perturbações de comutação nos sistemas de energia, como comutação de banco de capacitor; menor importância – atividade de comutação local ou variações de carga nos sistemas de distribuição de energia; circuitos ressonantes associados a dispositivos de chaveamento, por exemplo, tiristores, transistores; várias falhas de sistema, como curtos-circuitos e arcos voltaicos para o sistema de aterramento

da instalação. Os principais mecanismos pelos quais a descarga atmosférica produz tensões de surto são os seguintes: descarga atmosférica direta que atinge um circuito externo (ao ar livre) injetando altas correntes que fluem através da resistência de terra ou da impedância do circuito externo produzindo tensões; descarga atmosférica indireta (ou seja, uma descarga entre ou dentro de nuvens ou em objetos próximos, que produz campos eletromagnéticos), que induz tensões/correntes sobre os condutores do lado de fora e/ou dentro de um edifício; fluxo de corrente de terra da descarga atmosférica, resultante da descarga direta para terra próxima acoplada em modo comum nos condutores do sistema de aterramento da instalação.

A mudança rápida de tensão e de fluxo de corrente pode ocorrer devido à operação de um dispositivo de proteção de descarga atmosférica, podendo induzir perturbações eletromagnéticas em equipamentos adjacentes. As características do gerador de ensaio são definidas para simular os fenômenos acima mencionados, o mais próximo possível.

Se a fonte de interferência estiver no mesmo circuito do equipamento vítima, por exemplo, na rede de alimentação (acoplamento direto), o gerador pode simular uma fonte de baixa impedância nas portas do equipamento sob ensaio (ESE). Se a fonte de interferência não estiver no mesmo circuito do equipamento vítima (acoplamento indireto), então o gerador pode simular uma fonte de alta impedância. A faixa de preferência dos níveis de ensaio é dada na tabela abaixo.

Clique na imagem acima para uma melhor visualização

 

Os níveis de ensaio devem ser selecionados de acordo com as condições de instalação; classes de instalação são apresentadas no Anexo C. O ensaio deve ser aplicado a todos os níveis de ensaio da tabela acima, inclusive o nível de ensaio especificado. Para s seleção dos níveis de ensaio para as diferentes interfaces, consultar o Anexo B. São especificados dois tipos de geradores de onda combinada.

Cada um tem suas próprias aplicações particulares, dependendo do tipo de porta a ser ensaiada. O gerador de onda combinada de 10/700 μs é utilizado para ensaiar portas para conexão de linhas de comunicação simétricas externas (ver Anexo A). O gerador de onda combinada de 1,2/50 μs é utilizado em todos os outros casos.

É intenção desta norma que as formas de onda de saída atendam às especificações no ponto onde elas são aplicadas no ESE. As formas de onda são especificadas como tensão de circuito aberto e corrente de curto-circuito e, portanto, devem ser medidas sem o ESE conectado. No caso de um produto alimentado por ca ou cc, onde o surto é aplicado nas linhas de alimentação ca ou cc, as formas de onda de saída devem ser conforme especificadas nessa norma.

No caso onde o surto é aplicado diretamente a partir dos terminais de saída do gerador, as formas de onda devem ser conforme especificadas nessa norma. Não se pretende que as formas de onda atendam às especificações tanto na saída do gerador como na saída das redes de acoplamento/desacoplamento simultaneamente, mas apenas conforme aplicado ao ESE.

Este gerador destina-se a gerar um surto possuindo: um tempo de frente da tensão de circuito aberto de 1,2 μs; uma duração da tensão de circuito aberto de 50 μs; um tempo de frente da corrente de curto-circuito de 8 μs; uma duração de corrente de curto-circuito de 20 μs. As características do gerador de ensaio devem ser calibradas, a fim de se verificar se cumprem os requisitos desta norma. Com este objetivo, o procedimento a seguir deve ser adotado (ver também o Anexo G).

A saída do gerador deve ser ligada a um sistema de medição com largura de banda e capacidade suficientes para monitorar as características das formas de ondas de tensão e corrente. O Anexo E fornece informações sobre a largura de banda de formas de onda do surto. Se um transformador de corrente (sonda) for utilizado para medir a corrente do gerador em curto-circuito, é recomendado que ele seja selecionado de modo que não ocorra saturação do núcleo magnético.

A frequência de corte inferior (-3 dB) da sonda deve ser menor que 100 Hz. As características do gerador devem ser medidas através de um capacitor externo de 18 μF em série com a saída, tanto nas condições de circuito aberto (carga maior ou igual a 10 kΩ) quanto de curto-circuito na mesma tensão de ajuste. Se o capacitor de 18 μF já estiver implementado no gerador, não é necessário o capacitor externo de 18 μF para a calibração.

Todas as características de desempenho declaradas, com exceção da variação da fase, devem ser respeitadas na saída do gerador. O desempenho relativo à variação da fase deve ser atendido na saída do CDN em 0°, 90°, 180° e 270° em uma polaridade. Quando um resistor interno ou externo adicional é inserido na saída do gerador para aumentar a impedância da fonte efetiva de 2 Ω para, por exemplo, 12 Ω ou 42 Ω, de acordo com os requisitos da montagem de ensaio, o tempo de frente e a duração dos impulsos de ensaio na saída da rede de acoplamento podem ser significativamente alterados.

Cada rede de acoplamento/desacoplamento (CDN) consiste em uma rede de acoplamento e uma rede de desacoplamento, conforme mostrado nessa norma. As resistências de acoplamento e/ou capacitores podem ser parte do CDN, parte do gerador ou componentes externos discretos. Nas linhas de alimentação ca ou cc, a rede de desacoplamento fornece uma impedância relativamente alta para a forma de onda do surto, mas, ao mesmo tempo, permite que a corrente flua para o ESE.

Esta impedância permite que a forma de onda da tensão seja desenvolvida na saída da rede de acoplamento/desacoplamento e impede que a corrente de surto flua para a fonte de alimentação ca ou cc. Capacitores de alta-tensão são utilizados como o elemento de acoplamento, dimensionados para permitir que a forma de onda seja acoplada ao ESE ao longo de toda sua duração. A rede de acoplamento/desacoplamento para fonte de alimentação ca ou cc deve ser projetada de modo que a forma de onda de tensão em circuito aberto e a forma de onda de corrente em curto-circuito atendam aos requisitos dessa norma.

Para as linhas de comunicação e linhas de E/S, a impedância série da rede de desacoplamento limita a largura de banda disponível para a transmissão de dados. Elementos de acoplamento podem ser capacitores, em casos onde a linha tolera os efeitos de carregamento capacitivo, dispositivos limitadores de tensão ou centelhadores. Quando do acoplamento às linhas de interligação, as formas de onda podem ser distorcidas pelos mecanismos de acoplamento.

A amplitude de pico, o tempo de frente e a duração devem ser verificados, para tensão em condições de circuito aberto e para corrente em condições de curto-circuito, na porta de saída para o ESE. Os parâmetros de forma de onda medidos na porta ESE do CDN são dependentes do gerador e, consequentemente, são válidos somente para a combinação particular do gerador/CDN ensaiado. A especificação da ondulação residual de 30% se aplica apenas à saída do gerador.

Na saída da rede de acoplamento/desacoplamento, não há qualquer limitação para a ondulação residual. O CDN deve ser ligado a um sistema de medição com largura de banda e capacidade suficientes para monitorar as características das formas de ondas de tensão e corrente. A indutância de desacoplamento deve ser selecionada pelo fabricante do CDN de forma que a queda de tensão através do CDN não exceda 10% da tensão de entrada da CDN na corrente nominal especificada, porém é recomendado que não exceda 1,5 mH.

A razão entre o pico da tensão de saída de circuito aberto e o pico de corrente de curto-circuito da mesma porta de saída do gerador de onda combinada deve ser considerada como a impedância efetiva de saída. Para este gerador, a razão define uma impedância efetiva de saída de 2 Ω. Quando a saída do gerador é conectada ao ESE, a forma de onda da tensão e corrente é uma função da impedância de entrada do ESE.

Esta impedância pode mudar durante surtos no equipamento devido à operação adequada dos dispositivos de proteção instalados, centelhamento ou avaria de componente, se os dispositivos de proteção estiverem ausentes ou inoperantes. Portanto, é recomendável que as ondas de tensão 1,2/50 μs e de corrente 8/20 μs estejam disponíveis na mesma saída do gerador, conforme requerido pela carga.

FONTE: Equipe Target

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