EMC e Segurança para Instalações: Parte 1

Aug 17, 2023

Nota do Editor: Neste artigo, as palavras "ground", "grounded" ou "grounding" são usadas de forma intercambiável com "earth", "earthed" ou "earthing".

À medida que a quantidade e variedade de equipamentos eletrônicos usados ​​em sistemas e instalações continua a crescer, a EMC está se tornando uma questão cada vez mais importante. Quase todo o meu trabalho em sistemas e instalações desde 1990 envolveu equipamentos que interferem no correto funcionamento de outros itens no mesmo local.

Em 1990, os acionamentos de motores de velocidade variável usando transistores bipolares de porta isolada (IGBTs) e transistores de efeito de campo de potência (PowerFETs) para comutação de energia de alta velocidade eram muito novos, assim como os sistemas de rádio móveis privados, e ambos causavam muitos problemas com sistemas eletrônicos legados. equipamento. Desde então, os padrões e regulamentos EMC na maioria dos países melhoraram consideravelmente as emissões e a imunidade do equipamento, mas, ao mesmo tempo, os acionamentos de motores de velocidade variável melhoraram constantemente – comutando mais rápido. A comutação mais rápida os torna mais eficientes, menores e menos dispendiosos, resultando em um uso muito mais amplo. Infelizmente, a comutação mais rápida causa aumento das emissões de ruído em frequências mais altas, aumentando as possibilidades de interferência em outros equipamentos (consulte a Figura 1).

Os sistemas e instalações em questão não são apenas baseados em terra, porque todas as novas embarcações marítimas e submarinas agora usam exclusivamente tecnologias de acionamento por motor elétrico. Eles ainda têm enormes motores marítimos a diesel, mas acionam enormes geradores de eletricidade em vez de serem conectados diretamente a hélices. Automóveis elétricos já são comprovados em uso e uma indústria em crescimento, é claro, e aeronaves totalmente elétricas estão na prancheta.

Outro grande salto tecnológico na troca de conversores de energia está acontecendo agora: a substituição de IGBTs e PowerFETs por transitores de alta mobilidade eletrônica (HEMTs), geralmente baseados em nitreto de gálio, GaN e PowerFETs de carboneto de silício (SiC), que podem alternar eficientemente em dez vezes (ou mais) taxas mais altas, reduzindo tamanho e custo ainda mais.

Tudo isso é uma boa notícia para melhorar a eficiência energética, economizar nas contas de energia e, ao mesmo tempo, ajudar a salvar o planeta ao reduzir as emissões de CO2. Mas ele vem com a grande penalidade EMC de níveis mais altos de emissões de ruído em frequências mais altas, como ilustra a Figura 1.

Figura 1: Exemplo ilustrativo de espectros de ruído criados por acionamentos de motores de velocidade variável e equipamentos conversores de potência de comutação semelhantes com potências em torno de 100kW, com diferentes tecnologias de dispositivos de comutação de potência

Muitos conversores de comutação de alta potência, como acionamentos de motores de velocidade variável, são fornecidos com instruções de instalação relacionadas à EMC, que geralmente são muito boas. No entanto, minha experiência (e a experiência de outros no mundo EMC) é que os vendedores competem em preço ignorando os requisitos de instalação EMC de novos sistemas de acionamento de motor para ajudar a fechar contratos com clientes que não percebem os riscos EMI.

Ninguém quer investir na construção de uma nova planta industrial, instalação de pesquisa científica, plataforma offshore de petróleo/gás, sistema ferroviário, complexo de entretenimento, centro de dados, embarcação militar, navio de cruzeiro ou qualquer outra coisa, apenas para descobrir que não pode funcionar adequadamente devido à EMI autogerada! As perdas financeiras podem ser impressionantes, mas mesmo elas podem ser excedidas pelo custo de modificar a planta, plataforma, embarcação, etc., para que funcione conforme o planejado.

Assim como em todas as outras questões de EMC/EMI, é muito mais econômico e financeiramente menos arriscado projetar um bom EMC desde o início de qualquer projeto de construção moderno.

Tim Williams e eu escrevemos um livro sobre EMC para sistemas e instalações em 2000 [1]. Ele descreve edifícios e locais, mas seu material é facilmente estendido para cobrir veículos de todos/quaisquer tipos, terrestres, marítimos, submarinos, aéreos (asa fixa ou asas rotativas), espaciais, etc.

Entre muitas outras questões, este livro cobre o projeto e a construção dos vários tipos de (chamados) sistemas/redes de "aterramento/aterramento" usados ​​em grandes sistemas e instalações, incluindo: