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Especial avarias eletrónicas: Tormentas elétricas e perdas de dados

1. Introdução

Qualquer dispositivo eletrónico dispõe de uma série de medidas protetoras para evitar que alguma alteração na fonte de alimentação cause danos nos componentes e afetem ao funcionamento. Porém, como qualquer medida de proteção, apenas poderá suportar incidências dentro de uns limites.

As empresas fornecedoras de abastecimento elétrico devem controlar que a voltagem e a frequência de sinal fornecida estejam em perfeito estado.

No entanto, há múltiplos motivos pelos que, efeitos indesejados, produzem uma alteração de estes valores nominais.

Os principais efeitos que produzem danos nos dispositivos por causas elétricas são os seguintes:

  • Flutuações lentas da tensão
  • Descidas e picos de tensão
  • Sobretensões e impulsos de curta duração
  • Mudanças de frequência

 

2. Causas que produzem avarias eletrónicas.

As causas destes efeitos indesejados são várias:

  • Comutações de empresas elétricas
  • Atuação de dispositivos de proteção de redes
  • Curto-circuitos
  • Entrada/Saída de cargas inductivas
  • Comutações de máquinas de grande potencia
  • Alterações produzidas por equipamentos conetados na mesma rede
  • Descargas eletrostáticas (ESD)
  • Transferências de energia (grupo electrogéneos)
  • Causas naturais, principalmente os raios

Tormentas eléctricas

A queda de um raio direto e próximo a uma linha de rede eléctrica produz diversos efeitos em ditas linhas que provocam uma sobre tensão sobre as mesas e um aumento de potencial da terra à qual estão conetadas. A corrente gerada por um raio típico pode atingir uns valores de entre 5 e 150 KA (Kilo amperes) com uns tempos de subida de mais de 0,1 a 5 (milissegundos) e mais de 20 a 300 de duração total.

Se estes níveis de perturbação chegassem até a entrada dos nossos dispositivos eletrónicos, não poderiam ser assumidos pelos componentes de proteção. Por assim dizer, se tivéssemos um fusível à entrada da fonte de alimentação que demorasse mais 1 em cortar a entrada quando se produz uma sobretensão, o sistema de proteção não iria conseguir que o pico de tensão não afetasse os componentes internos e, portanto, destrui-los-ia e tornaria o dispositivo inoperativo.

As descargas eletrostáticas são uma causa importante de danos nos equipamentos elétrónicos; os efeitos são menos “espetaculares” que os causados pelas tormentas elétricas, mas não por isso menos prejudiciais. Alguns dados informais cifram entre 8% e 33% o número de dispositivos “perdidos” pelas descargas electrostáticas.

O fenômeno de descarga ocorre quando dois corpos que se tocam encontram-se a diferente potencial eléctrico e nesse contato igualam o potencial, transferindo eletrones entre eles. Esta transferência de eletrones é em si mesma uma corrente eléctrica. Para termos uma idéia sobre o nocivo que pode ser um ligeiro formigueiro que é produzido quando roçamos alguém, basta com dizer que: a andar sobre uma alcatifa podemos chegar a atingir uma tensão de 35.000V, sobre azulejos 12.000V e pegar num saco pode produzir uma descarga de 20.000V.

Durante 2006, 16,50% dos dispositivos que entraram no laboratório da Recovery Labs sofriam avarias eletrónicas, sendo a segunda avaria mais importante.

informe_2006_4

Alguns exemplos de avarias eletrónicas:

avaría electrónica3. Recuperação de Dadosavaría electrónica2. Recuperação de Dadosavaría electrónica1. Recuperação de Dados

 

3. Medidas

Podemos tomar diferentes medidas para nos protegermos perante possíveis avarias:

Uma das coisas boas que têm as tormentas é que normalmente são previsíveis e podemos desligar os dispositivos com anterioridade. Mesmo tirar da tomada, já que só desligar o aparelho não seria suficiente e  o pico de tensão poderia entrar pelos cabos, destruindo a fonte e os componentes que pudesse atingir no caminho.

Porém, se o dispositivo precisasse estar sempre a funcionar ou ligado, podemos usar um limitador de tensão ou um UPS (Uninterrupted Power Supply).

3.1. Limitadores de tensão

Um limitador é um circuito que permite, mediante o uso de resistências e díodos, eliminar tensões que não nos interessa que cheguem a um determinado ponto do circuito. Mediante um limitador podemos conseguir que cheguem somente tensões positivas e apenas negativas. Contudo, isto também pode ser feito com apenas um díodo, formando um retificador de media onda. Desta forma centra-se num tipo de limitador e não permite que cheguem tensões a um circuito que poderiam ser prejudiciais para o mesmo.

Limitador sem polarizar

Imaginemos que num circuito como o da figura não nos interessa que cheguem tensões superiores a 0.7V ao circuito que estamos a proteger (neste caso o elemento que queremos proteger é a resistência de carga RL), nem positivos nem negativos. Montando os dois díodos e a resistência limitadora superiores como se pode ver na figura, conseguiríamos que qualquer tensão que excedesse de 0.7 V ou diminuísse de -0.7 V fosse recortada pelos díodos. Estes 0.7 V dos que falamos são a barreira de potencial do díodo. Há que ter em conta que a resistência limitadora (Rlim) é muito menor que a resistência de carga (RL). Deste modo a tensão que cai na resistência limitadora é praticamente nula e podemos desprezá-la.

Embora a resistência limitadora possa parecer desnecessária, é importante perceber que na realidade é uma parte imprescindível do limitador. Se não estiver ligada quando um dos díodos se polarizar diretamente (os dois díodos não podem estar polarizados diretamente ao mesmo tempo), começará a conduzir a corrente elétrica sem controlo e será destruído. Tal e como o seu nome indica, a resistência limitadora tem como função limitar a corrente que atravessa os díodos.

Deste modo, se a tensão de entrada superar por qualquer motivo os 0.7 V, o díodo D1 ficará polarizado diretamente e diminuirá o excesso de tensão. De igual modo, quando a tensão de entrada diminuir de -0.7, o díodo D2 ficará polarizado diretamente e diminuirá o excesso de tensão que poderá danificar a carga.

limitador1

Limitador polarizado

Muitas vezes não interessa que os díodos diminuam as tensões de entrada aos 0.7 V ou aos -0.7 V. Por exemplo, se quiséssemos que à entrada não chegassem  tensões superiores aos 10V ou inferiores aos -10V (estas tensões são aleatórias; escolhemos as que nos interessam), não podemos usar o circuito anteriormente mencionado, já que agora precisamos de um limitador polarizado. A única diferença respeito ao anterior limitador é que neste caso vamos polarizar os díodos com baterias, com o fim de ser necessária uma tensão de entrada maior que 0.7 V para os díodos se polarizarem.

Se queremos que a tensão na carga não seja maior de 10V nem inferior de -10V, o circuito deve ser assim:

limitador2

Vejamos como funciona um circuito:

Quando a tensão de entrada se mantém dentro dos limites normais, isto é, entre 10V e -10V, nenhum dos díodos faz nada.

No momento que a tensão é superior aos 10.7 V (os 10 V da bateria mais os 0.7 V da barreira de potencial do díodo), o díodo D1 fica polarizado diretamente e começa a conduzir corrente. Deste modo não permite que a tensão na carga aumente.

Se a tensão de entrada diminui dos -10.7 V, neste caso é o díodo D2 que é polarizado diretamente e começa a conduzir, não permitindo que a tensão na carga diminua até níveis perigosos.

Há que destacar que em vez de baterias, também poderiam conetar-se díodos zener polarizados inversamente cuja tensão zener fosse igual às de as baterias que precisamos colocar. Além disso, as duas baterias ou díodos zener não têm porque ter o mesmo potencial. Tudo depende de quais níveis de tensão queremos proteger o circuito. É muito importante ter em conta que, neste último caso, onde queremos diminuir de forma diferente o semiciclo positivo e o negativo, deve-se tomar cuidado de que a segunda fonte seja maior que a primeira. Não pode ser a primeira maior que a segunda, já que se ambos diodos fossem fechados (coisa que pode ocorrer se (Vi-I.Rlim)>E1 (e por tanto se E1>E2, (Vi-I.Rlim)>E2), pelo que ambos diodos estão em polarização direta, ou curto-circuito, e a E1 tentará levar a E2 ao potencial que ela possui, pelo que destruirá a bateria.

3.2 UPS

sai1

Um UPS (Uninterrupted Power Supply) é um dispositivo que, graças à bateria de grande tamanho e capacidade, pode fornecer energia elétrica após um apagão a todos os dispositivos electrónicos ligados a ele. Outra função é a de regular o fluxo de electricidade, controlandoos picos e descidas de tensão e corrente existentes na rede eléctrica. Estão ligados a equipamentos chamados cargas críticas, que podem ser aparatos médicos, industriais ou informáticos, que tal como já foi dito anteriormente, precisam ter sempre alimentação e que esta seja de qualidade devido à necessidade de estar em todo o momento operativos e sem falhas (picos de tensão ou quedas).

UPS de continua

sai2As cargas ligadas aos UPS requerem uma alimentação de corrente continua e, portanto, estes transformarão a corrente alterna da rede comercial a corrente continua e será usada para alimentarem a carga e armazená-la nas baterias. Assim, não exigem conversores entre as baterias e as cargas.

O esquema típico deste tipo de UPS consta de dois módulos principais: um de retificação que serve para tornar a corrente em continua e outro de armazenamento de energia.

UPS de alterna

Estes UPS obtêm à saída uma sinal alterna, pelo que precisam de um inversor para transformarem a sinal continua que provem das baterias na sinal alterna.

Tipos

  • Passive standby: se há alimentação a carga obtem a energia diretamente da rede comercial e, simultaneamente as baterias carregam-se através de um retificador.
  • Line-interactive: é preciso um inversor bidirecional. Enquanto houver alimentação da rede, as baterias carregam-se através deste inversor; quando falhar esta alimentação, esta é obtida das baterias e a corrente percorre o inversor de forma contrária como o fazia durante a carga.
  • Double-conversion: esta é a topologia mais habitual do UPS de potencia. Primeiro retifica-se a sinal da rede comercial e a bateria alimenta-se; depois a sinal da rede (ou da bateria) vai para a carga através de um inversor.

Modos de funcionamento

  • Online: a saída do UPS provem diretamente das baterías e estas estão continuamente ligadas à corrente elétrica e recarregando-se. Por isso, quando a corrente elétrica é cortada, os equipamentos conetados em nenhum momento o percebem (exceto quando se acabam as baterias, obviamente). É a melhor opção, já que além das baterias estarem continuamente ligadas, tornam-se no melhor de voltagem e de sinal que podemos ter para os nossos equipamentos. A parte negativa é o preço, o qual pode ser quase o mesmo que o do computador.
  • Offline: quando se deteta a falha de corrente elétrica, ligam as baterias para seguir oferecendo serviço. Têm um problema: entre a detenção de corte e o funcionamento das baterias decorre um pequeno espaço de tempo (apenas um segundo), mas é suficiente para que caso haja equipamentos informáticos ligados, sejam reiniciados. Portanto, não é adequado para soluções informáticas.

Fontes: Recovery Labs e Wikipedia.