Como a eletricidade pode causar prejuízos aos profissionais de áreas ligadas a eletrônica

Os efeitos dos distúrbios da energia elétrica podem ter grande impacto em muitos aparelhos eletroeletrônicos. Danos sérios e até irreversíveis podem ocorrer.

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Excesso de corrente elétrica

Quando contatos são corretamente dimensionados para uma determinada intensidade de corrente elétrica, não temos:

  • Aquecimento excessivo;
  • Redução dessa corrente ao ponto de afetar o funcionamento do aparelho alimentado.

Mas, se a intensidade máxima for superada, podem ocorrer vários problemas:

  • Primeiro: a elevação excessiva da intensidade da corrente pode chegar ao ponto de “queimar” os contatos, ou seja, facilitar a ação do oxigênio atmosférico que então vai oxidar o ponto de contato. Como os óxidos são isolantes, com o tempo a corrente não passa mais por aquele local.
  • Segundo: o calor gerado pode causar deformações do próprio suporte do dispositivo em que está esse contato e, em alguns casos, derreter capas de condutores, o que pode causar curtos-circuitos.
  • Terceiro: o aquecimento pode chegar a ponto de inflamar o próprio dispositivo, causando curtos ou mesmo incêndios.

Em condições normais de funcionamento, vários eletrodomésticos exigem uma corrente elétrica maio. Eles podem causar sobrecarga em tomadas e interruptores que, em pouco tempo, passam a apresentar problemas como:

⦁ Não atuar mais.
⦁ Aquecer excessivamente
⦁ Produzir faíscas.
⦁ Causar funcionamento intermitente do aparelho alimentado.

Fios e emendas

Em muitas instalações que alimentam aparelhos de correntes elevadas, são feitas emendas nos fios, os quais podem não ter a espessura apropriada. Ao alimentar eletrodomésticos de alto consumo, verifique a espessura.

Nunca use extensões de fios finos, que normalmente não suportam a corrente elétrica de aparelhos maiores, como:

  • Alguns tipos de aspiradores de pó;
  • Ferros de passar;
  • Lavadoras, aquecedores de ambientes.

Se precisar fazer emendas nos fios que alimentam aparelhos de alto consumo, use terminais apropriados com parafusos. Esses terminais garantem o melhor contato, evitando que a emenda seja um ponto de aquecimento e de futura falha na instalação com perigo de curto-circuito.

Curto-circuito

Uma das grandes ameaças à integridade de qualquer instalação elétrica é o curto-circuito.

Quando liga-se qualquer aparelho à rede de energia elétrica, ele fica submetido a uma determinada tensão, mas a corrente que vai passar por ele depende exclusivamente de suas características internas.

Cada dispositivo “dosa” a corrente de acordo com o que precisa de energia para funcionar. Assim, a corrente fornecida a um eletrodoméstico ligado à rede elétrica depende exclusivamente de suas exigências de energia.

Porém, em condições anormais, o dispositivo ligado à rede pode perder a capacidade de controlar a corrente que entra. Assim, a corrente pode aumentar descontroladamente, a ponto de se tornar perigosa.

Isso acontece, por exemplo, quando um fio de alimentação encosta em outro fio, de retorno ou de fase oposta.

Nestas condições, não há resistência para “frear” a circulação da corrente. Então, a corrente pode fazer outro percurso (circuito), sem encontrar qualquer oposição, aumentando muito de intensidade.

Este caminho “sem freio” para a corrente é um percurso ou circuito mais curto, chamado de curto-circuito, que pode ser muito perigoso.

A intensidade da corrente pode aumentar até que os fios da instalação não suportem sua condução e se aqueçam em demasia ao ponto de “queimarem”. O mesmo acontece no fio do aparelho em que passa essa corrente.

Ponto do curto

A corrente circula pelo ponto de curto-circuito, não depois. Então, em condições normais, o que está depois deste ponto não sofre dano algum.

A corrente num curto-circuito pode se tornar tão intensa que, além do calor, efeitos violentos podem ocorrer, como “estouros” acompanhados do lançamento de estilhaços dos elementos da tomada ou do fio.

Cuidar dos isolamentos de modo que os fios de uma rede não encostem uns nos outros é um ponto fundamental para evitar curtos-circuitos.

O curto pode ocorrer no momento em que o interruptor do aparelho alimentado é acionado. Assim, o problema terá sido caracterizado como um curto no aparelho que está sendo alimentado, o que significa que ele já tem o problema.

Assim, o curto não pode ser considerado a causa de dano ao aparelho, mas sim uma consequência do dano que já existe. Evidentemente, o aparelho deve ser desligado da tomada para que uma verificação seja realizada.

Fusíveis e disjuntores abrem constantemente

Isso indica que algo de anormal está ocorrendo e uma corrente elétrica acima do valor suportado. Considere os seguintes casos para a queima constante de fusíveis ou a abertura de disjuntores:

Primeiro caso

Os fusíveis queimam em determinado instante e, feita sua substituição, voltam a queimar. Não é possível restabelecer a energia. Para o caso dos disjuntores, eles abrem e, mesmo depois de os rearmamos, voltam a abrir indicando que há uma forte corrente na instalação.

Então, ocorreu um problema momentâneo: algo ligado à instalação ou a própria instalação apresenta um curto-circuito.

Segundo caso

Os fusíveis abrem sempre em condições de elevado consumo quando, por exemplo:

  • São ligados dois chuveiros na mesma residência;
  • O chuveiro é utilizado à noite, no momento em que todas as lâmpadas estão acesas e o televisor está ligado.

Neste momento, podemos perceber que a instalação não está dimensionada corretamente para o consumo de energia elétrica.

A simples troca de fusíveis (ou disjuntores) que abrem por outros de maior corrente não é a solução indicada. Pode ser necessário trocar também os fios da instalação por outros de maior diâmetro, que suportem o novo consumo de energia.

Oscilações da energia elétrica

Problemas de algumas instalações, os quais se manifestam como fortes oscilações de tensão.

As lâmpadas começam a piscar, aumentando e diminuindo de intensidade. Aparelhos eletrodomésticos e eletrônicos podem até “queimar” em função de uma sobrecarga.

No caso de o problema ser externo, de responsabilidade da Concessionária de energia, normalmente é possível obter o reembolso do gasto com o reparo dos aparelhos danificados.

Falta de aterramento

Equipamentos eletrônicos ligados à rede elétrica possuem circuitos de filtragem de ruídos e proteção contra transitórios. Circuitos que utilizam o terra para desviar pulsos de energia que poderiam danificar ou prejudicar funcionamento.

Quando não utilizamos o terra, deixamos de contar com essa proteção. Em filtros de entrada (ficam entre o circuito e a rede elétrica) e em supressores de transitórios, temos componentes como:

⦁ Varistores, que absorvem os picos de energia que surgirem na rede elétrica.
Indutores e capacitores que atuam na filtragem de ruídos e interferências.

Mas o terra precisa estar presente para que alguns componentes específicos atuem na proteção.

O sistema de aterramento deve estar de acordo com as normas e ser de boa qualidade. Ele será utilizado para o aterramento de todos os equipamentos e para a área protegida contra ESD (descarga eletrostática).

Filtros e dispositivos de proteção de estabilizadores, no-breaks e fontes de alimentação precisam do terra para um funcionamento normal e seguro.

Além disso, o terra também atua na proteção e redução de ruído entre diferentes computadores de uma rede de dados.

Além da segurança

Ao contrário do que muitos pensam, os problemas que um aterramento deficiente pode causar não se limitam apenas aos aspectos de segurança.

Os principais efeitos de uma máquina mal aterrada são choques elétricos ao operador e resposta lenta (ou ausente) dos sistemas de proteção (fusíveis, disjuntores e outros).

Mas outros problemas operacionais podem ter origem no aterramento deficiente. Abaixo, uma lista de problemas já observados em campo:

⦁ Quebra de comunicação entre máquina e PC (CPL, CNC e outros) em modo on-line.
⦁ Excesso de EMI gerada (interferência eletromagnética).
⦁ Motorização e aquecimento anormal das etapas de potência (inversores, conversores e outros).
⦁ Em computadores pessoais: funcionamento irregular com constantes “travamentos”.
⦁ Falhas intermitentes (não seguem um padrão).
⦁ Queima de CIs ou placas eletrônicas sem razão aparente, mesmo sendo novas e confiáveis.
⦁ Para equipamentos com monitores de vídeo: interferências na imagem e ondulações.

Locais, como estruturas prediais, que empregam malha de aterramento, normalmente apresentam um inconveniente que pode ser extremamente perigoso: a conexão com para-raios.

Uma malha de terra pode estar ligada ao para-raios e também aos demais equipamentos eletroeletrônicos. Caso o aterramento não esteja dentro dos valores admissíveis, o “surto” (pico de alta tensão) pode ser desviado para o equipamento.

EMI & EMC

A EMI é o fenômeno físico da interferência eletromagnética. Por exemplo, quando ligamos um forno de micro-ondas próximo a uma TV, notamos a “interferência” (ruído eletromagnético) tanto na imagem como no som.

Neste exemplo, a interferência pode chegar na TV de duas formas: irradiada através do ar ou induzida pela rede elétrica através do cabo de alimentação. Muitas vezes a EMI propaga-se das duas formas, simultaneamente.

As anomalias da rede elétrica (sags, spikes, distorção harmônica etc) são formas de ruído elétrico e podem contribuir para a geração de interferências eletromagnéticas EMI.

A EMC (compatibilidade eletromagnética) é a característica contrária a EMI. É um parâmetro que reflete o nível de interferência que um aparelho emite.

A palavra “compatibilidade”, no que se refere a EMC, significa que:

  • Determinado dispositivo não emite interferência eletromagnética acima do nível compatível com sua categoria;
  • Também apresenta determinada imunidade a EMI ao seu redor.

Como exemplo, equipamentos eletrônicos embarcados em um avião devem ter altíssima imunidade a EMI, pois uma interferência poderia causar um desastre.

Todo circuito eletroeletrônico gera EMI. Equipamentos que operam em frequências acima dos 10 kHz e com tensões elevadas em relação à corrente elétrica são os maiores geradores de EMI.

Flutuações na tensão da rede de energia elétrica

A própria resistência dos fios que distribuem esta energia faz com que a tensão caia progressivamente a partir do transformador, que é o ponto de partida de cada circuito.

Eletrodomésticos e eletrônicos são projetados para operarem satisfatóriamente mesmo quando a tensão varia em mais ou menos 10%.  As próprias fiações admitem quedas de tensão de 4% ou 5%. Claro que estes valores podem ser maiores.

Com uma tensão muito alta existe o perigo da sobrecarga, quando então o aparelho poderá “queimar” (ser danificado).

Muitos aparelhos eletrônicos modernos como, por exemplo, televisores, possuem circuitos internos que compensam automaticamente as variações da tensão de entrada.

Alguns aparelhos, como alguns eletrodomésticos, não sofrem problemas maiores com variações de tensão, a não ser que estas se elevem muito além do limite superior de segurança.

Eletrodomésticos com motores (ventiladores, liquidificadores etc.) podem ter pequenas variações apenas da velocidade ou da potência. Lâmpadas tem somente variações de brilho, o qual fica “mais fraco” quando a tensão é reduzida.

Qualidade da energia

Distúrbios que afetam a qualidade da energia elétrica fornecida a uma residência, estabelecimento comercial ou indústria, têm consequências que não se limitam a um simples mau funcionamento.

Muito mais que isso, estes distúrbios podem causar danos a componentes e equipamentos caros, além de envolver a segurança das pessoas.

A energia elétrica que chega até sua casa pode ter “sujeiras”, as quais podem afetar aparelhos eletrônicos.

Tudo correria bem com os aparelhos alimentados se as variações da tensão numa tomada seguissem um ritmo de variação absolutamente suave e constante.

No entanto, exatamente como no mar, podem existir “marolas” superpostas e “rajadas” de água que se sobrepõem à onda original

Quando um interruptor é aberto ou fechado, uma pequena variação no consumo de energia é sentida, de maneira quase imperceptível, pelos aparelhos alimentados pela mesma rede.

Tipos de distúrbio de energia elétrica

A energia que chega aos aparelhos que usamos pode estar longe da ideal. Veja os tipos específicos de distúrbios:

SAGs

São rápidas quedas de tensão que duram até 4 ciclos de alimentação (de 48 a 64 ms).

Picos (Spikes)

Rápidas variações da tensão dentro do próprio ciclo de alimentação, podendo atingir amplitudes que vão de 400 a 5600 V ou mais. Quando os picos ultrapassam 600 V passam a ter um efeito destrutivo acentuado.

Notch

É o mesmo que o Pico ou Spike, mas com a polaridade invertida. Os notchs normalmente vem aos pares ou numa série oscilante e tem a mesma duração que os Picos. Normalmente, a cada notch segue um Spike, devido às características oscilantes da linha e vice-versa.

Dips

São variações muito curtas, mas perceptíveis, da tensão da rede. Normalmente eles são perceptíveis nas rápidas reduções de brilho de lâmpadas incandescentes. O Dip é similar ao SAG – Dip é um SAG mais rápido.

Impulsos

São distúrbios muito curtos superpostos à tensão da rede, com duração entre 0,5 e 100 microssegundos. Podemos dizer que spikes e sags consistem em impulsos curtos.

Surtos (surges)

São aumentos da tensão na rede elétrica que duram ciclos de poucos segundos a vários minutos.

Blackout

Não considerado um distúrbio (transitório). Mesmo assim, sua análise é importante, pois é uma falha no fornecimento de energia. Característica: a volta da energia não é de forma “suave” com o estabelecimento da tensão nominal a partir do zero.

Tensão residual entre terra e neutro

Para que este problema surja é preciso que dois fatores estejam presentes:

  • O neutro da Concessionária de energia esteja desbalanceado;
  • O aterramento das instalações do consumidor não esteja sendo eficiente.

Sobretensão

Quando a tensão da rede excede 10% do valor nominal durante mais de 3 ciclos. Diferentemente dos picos que podem chegar a milhares de volts, as sobretensões são menores, mas duram mais tempo, podendo ir de vários milissegundos até horas.

Distorção harmônica

A forma de onda ideal ou pura de qualquer tipo de oscilação é a senoidal, e este é o caso da tensão da rede elétrica. Porém, quando circuitos elétricos e eletrônicos oscilam, eles tendem a produzir sinais de frequências múltiplas, denominadas harmônicas.

Para a rede elétrica, as muitas cargas a ela ligadas e as características da linha de distribuição faz com que apareçam harmônicas em 120 Hz, 180 Hz, 240 Hz etc. Estas harmônicas causam uma deformação da senóide.

Observação sobre terminologias: você pode encontrar diferenças em relação à terminologia usada para designar os distúrbios da energia. Assim, existe literatura técnica em que os distúrbios são classificados em dois tipos: surtos e transitórios.

Riscos para os equipamentos eletrônicos: como a “sujeira” da rede elétrica os afeta

Pequenas ou rápidas variações da tensão da rede não são sentidas por aparelhos robustos, com inércia suficientemente grande para não reagir.

É o caso de uma lâmpada incandescente comum que demora um certo tempo para ter seu filamento aquecido por uma corrente.

Um motor também não reage rapidamente a uma variação muito brusca de tensão. Mesmo que esta variação seja grande, o motor absorve a energia e nada acontece.

Em suma, a maioria dos aparelhos eletrodomésticos tem uma construção suficientemente robusta e uma inércia suficientemente grande.

Porém, não é o que ocorre com muitos aparelhos que, em geral, são mais sensíveis. Com uma inércia muito menor, eles reagem facilmente, mesmo a variações de menor duração.

Além disso, a presença de distúrbios pode fazer com que parte da energia fornecida possa ser indevidamente usada pelos equipamentos. Com o uso indevido, a energia é perdida sob forma de calor ou é desviada.

Distúrbios filtrados

Fontes de alimentação possuem componentes que deveriam filtrar todos os ruídos ou “sujeiras”, mas não acontece bem assim.

As fontes filtram a maior parte da energia a ser entregue aos aparelhos eletrônicos, por meio de capacitores eletrolíticos. Transformadores também filtram. Abaixo a imagem de um filtro:

DSL filtro para proteção elétrica
Crédito: File:DSL-filter-splitter-circuit-0a.jpg — Autor: Adamantios

 

Estes componentes eletrônicos funcionam como “amortecedores”, que suavizam a corrente elétrica da alimentação, evitando “solavancos” e “buracos”.

Buracos são distúrbios rápidos, como Picos, Notchs e Sags, como visto antes. Mas existe um problema: os “amortecedores”, ou melhor, os capacitores dos filtros, possuem uma certa inércia.

Os capacitores são levemente indutivos, e por isso não respondem a variações muito rápidas da tensão. Assim, podem deixar passar parte das variações que sejam muito grandes ou muito rápidas. O resultado pode ser fatal para os delicados componentes eletrônicos.

Existem casos em que o transitório pode entrar de outras formas, como pela linha telefônica (telefones sem fio, secretárias eletrônicas etc).

Quantos aparelhos desse tipo já “pifaram” coincidentemente depois de uma tempestade com muitos raios caindo nas vizinhanças?!

Alguém que esteja próximo o bastante de máquinas geradoras de distúrbios pode sofrer com a “sujeira” que chega na tomada.

Efeitos do raio

A elétrica dos raios

Os efeitos do raio sobre equipamentos e placas eletrônicas são, na maioria das vezes, catastróficos! Ao contrário da ESD (descarga eletrostática) que danifica a placa apenas eletricamente, o raio costuma danificar também mecanicamente.

Alguns exemplos de danos causado por raio:

  • Trilhas da PCI (placas de circuito impresso) destruídas;
  • “buracos” na placa;
  • Incêndio;
  • Destruição total de componentes (explosão do encapsulamento).