Cuidados e Recomendações com o Aterramento do Shield no Barramento PROFIBUS PA
Ao considerar a questão de shield e aterramento em barramentos de campo, deve-se levar em conta:
- A compatibilidade eletromagnética (EMC).
- Proteção contra explosão.
- Proteção de pessoas.
De acordo com a IEC61158-2, aterrar significa estar permanentemente conectado ao terra através de uma impedância suficientemente baixa e com capacidade de condução suficiente para prevenir qualquer tensão que possa resultar em danos de equipamentos ou pessoas. Linhas de tensão com 0 Volts devem ser conectadas ao terra e serem galvanicamente isoladas do barramento fieldbus. O propósito de se aterrar o shield é evitar ruídos de alta freqüência.
Preferencialmente, o shield deve ser aterrado em dois pontos, no início e final de barramento, desde que não haja diferença de potencial entre estes pontos, permitindo a existência e caminhos a corrente de loop. Na prática, quando esta diferença existe, recomenda-se aterrar shield somente em um ponto, ou seja, na fonte de alimentação ou na barreira de segurança intrínseca. Deve-se assegurar a continuidade da blindagem do cabo em mais do que 90% do comprimento total do cabo.
O shield deve cobrir completamente os circuitos elétricos através dos conectores, acopladores, splices e caixas de distribuição e junção.
Nunca se deve utilizar o shield como condutor de sinal. É preciso verificar a continuidade do shield até o último equipamento PA do segmento, analisando a conexão e acabamento, pois este não deve ser aterrado nas carcaças dos equipamentos.
Em áreas classificadas, se uma equalização de potencial entre a área segura e área perigosa não for possível, o shield deve ser conectado diretamente ao terra (Equipotencial Bonding System) somente no lado da área perigosa. Na área segura, o shield deve ser conectado através de um acoplamento capacitivo (capacitor preferencialmente cerâmico (dielétrico sólido), C<= 10nF, tensão de isolação >= 1.5kV).
Figura 1 – Combinação Ideal de Shield e Aterramento.
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Figura 2 – Aterramento Capacitivo.
A IEC61158-2 recomenda que se tenha a isolação completa. Este método é usado principalmente nos Estados Unidos e na Inglaterra. Neste caso, o shield é isolado de todos os terras, a não ser o ponto de terra do negativo da fonte ou da barreira de segurança intrínseca do lado seguro.O shield tem continuidade desde a saída do coupler DP/PA, passa pelas caixas de junções e distribuições e chega até os equipamentos. As carcaças dos equipamentos são aterradas individualmente do lado não seguro. Este método tem a desvantagem de não proteger os sinais totalmente dos sinais de alta freqüência e, dependendo da topologia e comprimento dos cabos, pode gerar em alguns casos a intermitência de comunicação. Recomenda-se nestes casos o uso de canaletas metálicas.
Uma outra forma complementar à primeira, seria ainda aterrar as caixas de junções e as carcaças dos equipamentos em uma linha de equipotencial de terra, do lado não seguro. Os terras do lado não seguro com o lado seguro são separados.
A condição de aterramento múltiplo também é comum, onde se tem uma proteção mais efetiva às condições de alta freqüência e ruídos eletromagnéticos. Este método é preferencialmente adotado na Alemanha e em alguns países da Europa. Neste método, o shield é aterrado no ponto de terra do negativo da fonte ou da barreira de segurança intrínseca do lado seguro e além disso, no terra das caixas de junções e nas carcaças dos equipamentos, sendo estas também aterradas pontualmente, no lado não seguro. Uma outra condição seria complementar a esta, porém os terras seriam aterrados em conjunto em uma linha equipotencial de terra, unindo o lado não seguro ao lado seguro.
Para mais detalhes, sempre consultar as normas de segurança do local. Recomenda-se utilizar a IEC60079-14 como referência em aplicações em áreas classificadas.
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Figura 3 – Várias Formas de Aterramento e Shield.
Em síntese:
Pode-se adotar, as seguintes formas de aterramento do shield:
- Aterramento do shield somente em uma extremidade, do lado do coupler, no negativo da fonte que alimenta o coupler e que é aterrado no painel.
- Aterramento capacitivo de um lado do shield (do lado do coupler, no negativo da fonte que alimenta o coupler e que é aterrado no painel) e no outro lado conexão do shield ao terra:
- Cerâmico, < 10 nF, isolação > 1500V
- Aterramento do shield nas duas extremidades (somente nos casos onde a diferença em tensão, entre ambos os extremos for no máximo, de 1 V (rms) para que os efeitos dos loops de terra sejam minimizados)
Quando se tem o aterramentos em dois pontos a resistência do aterramento deve ser a mais baixa possível em ambos os extremos para minimizar os loops de terra, principalmente em baixas freqüências.
Em baixas freqüências, de níveis de CC até 1 MHz, a blindagem do cabo pode ser aterrada em uma única extremidade do cabo e oferecer uma boa resposta quanto aos efeitos da interferência eletromagnética. Em freqüências mais altas, recomenda-se aterrar a blindagem do cabo em ambas as extremidades do cabo.Nesses casos, é muito importante que as diferenças de potencial de terra em ambos os pontos de conexão ao aterramento sejam as mínimas possíveis. A diferença em tensão, entre ambos os extremos deve ser, no máximo, de 1 V (rms) para que os efeitos dos loops de terra sejam minimizados. É também importante considerar que em altas freqüências há a capacitância parasita de acoplamento que tende a completar o loop quando a blindagem está aterrada em um único extremo do cabo.
Este artigo não substitui o padrão IEC 61158 e nem os perfis e guias técnicos do PROFIBUS. Em caso de discrepância ou dúvida, o padrão IEC 61158, perfis, guias técnicos e manuais de fabricantes prevalecem.
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Autor
- César Cassiolato
Referências:
- Manuais SMAR Profibus
- Aterramento, Blindagem, Ruídos e dicas de instalação- César Cassiolato
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