Enviado em 07.12.2016

Proteção de equipamentos sensíveis para ISP’s

Quando falamos em equipamentos para redes de telecomunicação, as questões relacionadas a segurança contra surtos elétricos é sempre uma preocupação.

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Quando se pensa em proteção para redes de comunicação, a preocupação do Provedor normalmente recai sobre riscos de curtos-circuitos, surtos de corrente e descargas atmosféricas. Entretanto, a coexistência de equipamentos de tecnologias diferentes ligados em redes elétricas deficientes cria o problema de tornar todos esses equipamentos vulneráveis ao ambiente onde estão instalados.

Os equipamentos ativos utilizados pelos Provedores de Serviços de Internet (ISP’s) necessitam do fornecimento de energia elétrica de qualidade para o perfeito funcionamento de suas redes de comunicação. Para essas aplicações, a energia elétrica deve estar de acordo com os padrões mínimos do sistema elétrico e os equipamentos usados devem ser projetados e desenvolvidos de forma que garantam a operação ininterrupta sob condições severas de carga da rede elétrica e do ambiente a que estão submetidos.

 

  1. Qualidade da Energia Elétrica

 

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 de comunicação 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 dificulta 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 comunicação.

A qualidade da energia elétrica depende não só da concessionária, mas também dos equipamentos elétricos utilizados nas unidades consumidoras. 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. Entretanto, é cada vez mais comum a utilização de equipamentos eletroeletrônicos por consumidores industriais, comerciais e residenciais, mais sensíveis a problemas de qualidade de energia, mas também mais poluidores, provocando distúrbios que podem afetar outras unidades consumidoras.

 

  1. Equipamentos Eletrônicos Sensíveis

 

Por diversos motivos, a energia elétrica fornecida pelas concessionárias pode apresentar variações em suas características como tensão, corrente e frequência e sofrer interferências e perturbações eletromagnéticas ao longo de um dia. Uma perturbação eletromagnética deve ser entendida como todo fenômeno eletromagnético, notadamente um “ruído eletromagnético”, um sinal indesejado ou a modificação não planejada do próprio meio de transmissão, suscetível de criar problemas de funcionamento em equipamentos ou sistemas de comunicação. Essas perturbações podem tomar a forma de variações na tensão, variações na corrente, variações na frequência e ruído elétrico.

Equipamentos eletrônicos sensíveis são aqueles que têm seu desempenho mais amplamente afetado pelos distúrbios da rede elétrica. Dentre eles, podemos citar os equipamentos normalmente encontrados nas redes de telecomunicações
dos ISP’s, tais como computadores, impressoras, modems, roteadores, switches, rádios etc. Motores elétricos, lâmpadas e eletrodomésticos em geral apresentam menor sensibilidade aos distúrbios mais comuns da rede elétrica e, portanto, não são considerados equipamentos sensíveis.

 

  1. Transformadores de Energia

 

Transformadores de energia, ou simplesmente “trafos”, são dispositivos elétricos que têm a finalidade de isolar circuitos elétricos, elevar ou diminuir o valor de uma tensão elétrica. Os transformadores são utilizados numa gama muito variada de aplicações, desde processamento de informações e conversão e/ou isolação de energia elétrica. Salientam-se, entre outras, a elevação e a redução da tensão e do número de fases em redes de transporte e distribuição de energia elétrica, a redução da tensão ou da corrente em instrumentos de medida, a adaptação de impedâncias em amplificadores sintonizados em aplicações de radiofrequência ou simplesmente o isolamento galvânico entre partes de um mesmo circuito elétrico.

 

  • Indução Mútua

 

Baseado no princípio de indução eletromagnética, o transformador realiza a transformação da tensão elétrica a partir de um fluxo magnético variável originado de uma corrente elétrica alternada. A tensão elétrica alternada inserida ao enrolamento primário do transformador irá gerar um fluxo magnético variável que será responsável por induzir no secundário uma tensão elétrica induzida de polaridade oposta.

Quando uma corrente alternada circula por uma bobina, cria um campo magnético que é continuamente variável. Se próximo se encontra um segundo indutor, o campo magnético variável induz no segundo indutor uma tensão alternada. A energia elétrica transforma-se em energia magnética e, posteriormente, em energia elétrica na segunda bobina através do princípio da indução mútua. Desta forma, a indução mútua permite transferir energia sem um contato físico direto aproveitando o campo magnético a partir da tensão alternada (Figura 1).

aFigura 1 – Indução mútua

 

  • Transformadores Isoladores

 

Existem transformadores de diversos tipos, cada um com uma finalidade, construção e tamanho específicos. Existem os transformadores isoladores, os autotransformadores, os transformadores com múltiplos enrolamentos no secundário, os transformadores de sinal, transformadores de potência, entre outros.

No transformador, o enrolamento de tensão de entrada é chamado de primário e o enrolamento de tensão de saída é chamado de secundário. O secundário, no transformador isolador é obtido de um enrolamento totalmente isolado do primário. Entre os enrolamentos é inserida uma blindagem eletrostática ou shield. Sua função é a proteção contra interferências eletromagnéticas, onde ruídos elétricos originados da rede de energia são praticamente neutralizados. Nesse caso, sua função é separar a rede e filtrar as correntes parasitas que afetam o funcionamento dos equipamentos eletrônicos. Tradicionalmente utilizado em circuitos eletrônicos, este tipo de transformador isola a tensão do secundário em relação ao primário proporcionando o isolamento físico entre os enrolamentos e, principalmente, a redução de ruídos elétricos no secundário. Os transformadores isoladores se apresentam em diferentes potências e seus enrolamentos podem ser feitos em alumínio ou cobre.

O transformador isolador é um dispositivo aplicado onde se necessita alteração da voltagem da rede elétrica com isolamento entre redes. Além de transformar e converter a energia elétrica, tem o propósito de isolar equipamentos sensíveis da rede de energia elétrica. Ele é utilizado em circuitos elétricos, em sistemas de iluminação, força, circuitos de distribuição etc. (Figura 2).

bFigura 2 – Diagrama de um transformador isolador

 

Um transformador isolador idealmente deve transferir toda a potência do enrolamento primário para o enrolamento secundário. A tensão e corrente do secundário irão depender da relação de espiras (fios condutores enrolados sobre um núcleo de material ferromagnético) entre o primário e o secundário e da tensão aplicada ao primário. Assim, um transformador isolador possui a característica de manter no secundário a tensão que recebe no enrolamento primário, ou seja, se uma tensão alternada de 127V é aplicada ao primário do transformador isolador, teremos em seu secundário os mesmos 127V. Na prática, observa-se uma perda de potência nessa transferência de potência, ocasionada por diversos motivos, entre eles a resistência elétrica dos fios utilizados nos enrolamentos e pelas correntes no núcleo (correntes parasitas ou de Foucault), entre outros.

O transformador isolador pode ser uma alternativa para os ISP’s em situações onde se faz necessária a separação de circuitos elétricos de circuitos eletrônicos sensíveis a ruídos e não é possível instalar um sistema de aterramento de proteção adequado. Como isolam galvanicamente o circuito de entrada e de saída, através dos dois enrolamentos independentes, apresentam como vantagens o amortecimento de distorção harmônica e isolação entre a rede elétrica e a carga. A blindagem eletrostática entre os enrolamentos reduz significativamente as correntes parasitas que geram interferências eletromagnéticas e o aquecimento dos equipamentos.

O uso do transformador isolador é efetivo na rejeição de ruídos de modo
comum (fase-terra), mas limitado contra ruídos em modo normal (fase-fase).
Quando se utiliza um transformador isolador blindado, este pode atenuar o
ruído de modo comum e os transientes de tensão, preservando os equipamentos sensíveis contra queima e funcionamento intermitente.

 

 

José Maurício Pinheiro
Profissional da área da Tecnologia

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