Proteção contra descargas atmosféricas nas telecomunicações* (…continuação)

maio, 2018

A importância do sistema de aterramento

Perturbações EM são acopladas em circuitos eletrônicos através de três mecanismos básicos: acoplamento capacitivo (campos elétricos), acoplamento indutivo (campos magnéticos) e acoplamento por impedância comum (de aterramento).

Praticamente todas as técnicas que se aplicam para a eliminação destes mecanismos de acoplamento, assim como filtragem, blindagem, balanceamento, etc., são relacionadas com o sistema de aterramento. Por exemplo, para se evitar o acoplamento de campos magnéticos em cabos de sinal, a técnica básica é a eliminação da área do “loop” definida pelo fluxo de corrente – uma blindagem pode ser usada neste sentido, mas seu uso é orientado para a redução da área do “loop”, isto é, como a blindagem é “aterrada”.

Dessa forma, o sistema de aterramento assume o principal papel na proteção de uma instalação de telecomunicações contra descargas atmosféricas e seus efeitos, e deve ser projetado para:

  1. Evitar que perturbações EM de grande intensidade sejam acopladas nos circuitos;
  2. Evitar que as perturbações EM acopladas nos circuitos possam ocasionar surtos de tensão e corrente perigosos para os circuitos.

Embora pareçam existir diferentes sistemas de aterramento em uma dada instalação de telecomunicações (tais como: sistema de terra da distribuição de energia AC; sistema de terra da distribuição de energia DC; sistema de terra de radiofrequência; sistema de terra de sinal; sistema de terra do para-raios; etc.) e diferentes “pontos de terra” para serem “aterrados” nestes “sistemas de terra” (como terra lógico; terra da carcaça dos equipamentos; terra da blindagem dos cabos; terra de sinal; etc.), deve existir somente um único sistema de aterramento para realizar todas estas diferentes funções.

Uma metodologia para o sistema de aterramento

De forma a responder aos objetivos apresentados acima na proteção de uma instalação de telecomunicações contra descargas atmosféricas e seus efeitos, é conveniente a aplicação do conceito de zonas de proteção. Nesta abordagem, ambientes eletromagnéticos (onde os equipamentos irão operar) são sucessivamente aprimorados controlando-se a propagação das perturbações EM geradas por raios de uma zona para outra, através de blindagem eletromagnética. O efeito de blindagem é obtido em cada zona de proteção através de uma configuração apropriada do sistema de aterramento.

A contribuição da cablagem para o sistema de aterramento

No que se refere aos cabos internos de uma instalação de telecomunicações, a maior dificuldade reside em lidar com as correntes em modo comum, uma vez que o fluxo de corrente não é tão fácil de ser identificado, já que depende de um grande número de variáveis, como frequência, disposição física dos componentes, campos eletromagnéticos, etc. [2]. A implementação de diferentes caminhos alternativos para a circulação de correntes é uma das medidas que poderá ser adotada, uma vez que as correntes irão sempre seguir os caminhos nos quais o fluxo abrangido é mínimo. Para o controle do acoplamento de correntes no modo comum (como aquelas normalmente induzidas por raios) é então bastante conveniente o roteamento dos cabos de energia e sinal próximos a um condutor “aterrado”. Este “condutor de terra em paralelo”, por exemplo, uma bandeja para a passagem de cabos aterrada em ambos os extremos, irá desviar correntes em modo comum dos circuitos em modo diferencial, cabos ou sua blindagem.

No que se refere aos cabos externos, DPSs são normalmente usados em todos os cabos que entram nas instalações de telecomunicações, tais como cabos de energia, linhas de telefone, cabos de antenas, etc., com o objetivo de garantir que o nível dos surtos de tensão e corrente seja menor que o nível de suportabilidade dos equipamentos.

Torna-se, assim, conveniente que, para uma melhor proteção de instalações de telecomunicações contra raios, todos os cabos dentro de uma zona de proteção corram junto ao “sistema de aterramento”, o qual deve ser expandido por toda a área da zona de proteção (para evitar a criação de grandes áreas de “loops” de corrente), e que todos os cabos entrem em cada zona de proteção por um único ponto, onde estarão instados os DPSs (para evitar diferenças de potencial).

A contribuição de DPSs para o sistema de aterramento

O uso de DPSs (Dispositivo de Proteção contra Surtos) é, na verdade, um último recurso de aterramento para se evitar avarias nos circuitos quando, devido às características da instalação, é possível a ocorrência de sobretensões superiores ao nível de suportabilidade (resistibilidade) dos cabos e equipamentos interligados (um DPS é, essencialmente, uma conexão transitória ao sistema de aterramento).

DPSs são normalmente instalados próximos aos equipamentos a serem protegidos, mas isto não é necessariamente o caso para todas as situações. Muitas vezes, DPSs são instalados ao longo do cabo de comunicação para dividir o comprimento do cabo por forma a reduzir a amplitude dos surtos de tensão e corrente acoplados.

Quando se pretende utilizar DPSs (para limitar as sobretensões transitórias e desviar as correntes de surto para fora dos equipamentos protegidos), é fundamental um maior cuidado nas suas instalações. Deve-se lembrar que as correntes de surto desviadas sempre vão para algum lugar no circuito. Elas simplesmente não desaparecem! O sistema de aterramento é o destino destas correntes.

Por exemplo, as correntes induzidas por descargas atmosféricas em cabos de comunicação metálicos, que são conectados a uma instalação de telecomunicações, podem ser desviadas para terra através do uso de DPSs, normalmente instalados na entrada da estação (DG, Repartidor, MDF), de modo a proteger os equipamentos instalados. Porém, o percurso de circulação destas correntes que foram desviadas pelos DPSs pode favorecer o aparecimento de tensões perigosas para os equipamentos instalados, através de radiação ou impedância comum de aterramento, de acordo com as características físicas do percurso de descarga.

Torna-se, assim, conveniente que as correntes desviadas pelos DPSs fluam para a mesma referência do circuito protegido (não necessariamente para o sistema de eletrodos de terra) e que o caminho de descarga seja o mais direto possível (menor indutância) para evitar a criação de diferenças de potencial.

 Conclusão

A proteção de sistemas de telecomunicações contra raios é, basicamente, um sinônimo para EMC, e EMC é, essencialmente, um sistema de aterramento adequado.

Atualmente, ainda não existe disponível uma metodologia geral, que possa suportar o projeto de sistemas de aterramento por forma a garantir uma configuração EMC, devido às muitas variáveis envolvidas.

A aplicação das diretrizes apresentadas neste trabalho poderá nortear a implementação de sistemas de aterramento apropriados à proteção de sistemas de telecomunicações contra descargas atmosféricas e seus efeitos.

*Participação de Roberto Menna Barreto

Comentários

Uma Resposta

  1. Keiciane disse:

    Muito obrigada. Ainda não encontrei um livro disponível na internet que falasse sobre isso.
    Vc tem um livro pra indicar?

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