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Sistema de aterramento de data centers e telefonia

No Brasil, na instalação de Sistemas de Tecnologia da Informação ainda não existe uma normatização abrangente em EMC. A correta topologia do sistema, as características dos cabos de interconexão, uma configuração adequada do sistema de aterramento são alguns dos aspectos fundamentais para o atendimento da compatibilidade eletromagnética pretendida.

Muitos fornecedores de Sistemas de Informática/Telecomunicações exigem um valor máximo de resistência de aterramento, por exemplo, de 1 ou 5 ohms. Embora seja extremamente raro se encontrar uma justificativa teórica para suportar esta exigência este tende a ser um critério geral e, frequentemente, único.

O termo “Sistema de Aterramento” significa toda uma infraestrutura destinada a prover uma referência para a transmissão/processamento de sinal que tem muito pouco a ver com o valor de resistência de aterramento.

O sistema de aterramento interno de um CPD/Data center tem por objetivo estabelecer uma referência de terra próxima dos equipamentos de tecnologia da informação e de baixa impedância para a faixa de frequências envolvidas na transmissão dos sinais. São elementos integrantes deste sistema os centros de distribuição de energia e a malha de referência de sinais.

A malha de terra de referência, assim como qualquer outro sistema de aterramento, não pode garantir por si só o bom desempenho dos equipamentos sensíveis. já que é recomendável que sejam realizados os seguintes complementos:

– blindagem externa do edifício (ou blindagem interna na sala que abrigue a malha), contra descargas atmosféricas diretas e indiretas, de preferência utilizando as armaduras metálicas da construção para reduzir o campo eletromagnético no volume interno onde estão situados os equipamentos eletrônicos sensíveis e portanto reduzir também as interferências irradiadas;

– alimentação elétrica dos equipamentos sensíveis com proteção contra surtos de tensão, transitórios, harmônicos e outros fenômenos, e, quando necessário, provida de sistema de alimentação ininterruptível (“no breaks”);

– lançamento criterioso de cabos de comunicação e de sinais sensíveis em bandejas, eletrodutos, redes de dutos, “pipe-racks” etc., sendo o meio preferencial o eletroduto (ou calhas fechadas) metálico, contínuo e multi-aterrado;

– ligações lógicas ou de sinal entre edificações distintas por meio de fibra ótica;

– supressores de surtos no início e fim de cada interface longa, não óptica, dos cabos de comunicação de sinais; 

– aterramento adequado das blindagens dos cabos, levando-se em conta a frequência de comunicação e o sistema de aterramento utilizado.

MALHA DE TERRA DE REFERÊNCIA (M.T.R.)

A Malha de Terra de Referência vem a ser um componente fundamental da infraestrutura de instalações que abrigam equipamentos sensíveis, tais como, CPD’s, salas de controle com PLC’s, Centrais Telefônicas, Estações de Rádio, Equipamentos Gerais de Informática e Comunicação de Dados, etc.

Esta solução apresenta vantagens sobre outras técnicas de aterramento de equipamentos eletrônicos (utilização do próprio sistema de aterramento de força para os equipamentos sensíveis de um sistema de aterramento independente isolado do sistema de aterramento de força ou de sistema de aterramento radial de ponto único), uma vez que reduz significativamente as impedâncias de aterramento para sinais de altas frequências, reduzindo a injeção de ruídos indesejáveis (rádio frequências e frequências mais elevadas na faixa de MHz) nos equipamentos. O princípio de operação de uma M.T.R. baseia-se no fato que se o comprimento do condutor não for maior do que 1/10 do comprimento de onda do sinal transmitido, então a diferença de potencial estabelecida entre as extremidades do condutor é praticamente desprezível.

Para um sinal de 60MHz, um décimo do seu comprimento de onda equivale a 50cm. Uma malha de condutores com reticulado desta dimensão dá origem a um grande número de circuitos paralelos de baixa impedância, que funcionarão, praticamente, como curto-circuito para o espectro de frequências desde 60Hz (frequência industrial) até 60MHz. Idealmente, uma superfície contínua equalizaria qualquer frequência por mais elevada que fosse, uma vez que seria nulo o espaçamento entre condutores.

O condutor ideal para altas frequências é a “fita”, que possui maior superfície do que o condutor de seção circular com a mesma área e, portanto, menor impedância para as faixas de frequência maior, onde o efeito “pelicular” possui grande influência na determinação da impedância própria do condutor. Como a malha é projetada para altas frequências, apenas a superfície do condutor será, em geral, utilizada para conduzir as correntes circulantes (devidas ao efeito pelicular); portanto o critério de dimensionamento é apenas mecânico. Podem ser utilizados condutores com seções compreendidas entre 6mm² e 25mm².

Como a área externa do condutor é que será utilizada, uma fita (de 20mm largura, por exemplo), possuindo uma superfície maior, apresentará melhor desempenho, devido à sua menor impedância para altas frequências. Quanto maior for a relação largura/espessura da fita, melhor aproveitamento haverá. No entanto, por razões mecânicas, não se recomenda utilização de fita com espessura inferior a 0,4mm. 

Alternativamente à M.T.R. em fita pode-se utilizar uma malha reticulada com condutores de seção circular, porém interligada à uma estrutura de piso elevada metálica. As placas deste piso podem ter a superfície inferior metalizada, de modo a formar, juntamente com as logarinas da estrutura de sustentação das mesmas, uma ampla superfície metálica contínua.

Independentemente do tipo de condutor utilizado (redondo ou chato), todos os pontos de cruzamento devem ser interligados entre si. Existe a possibilidade de se utilizar malhas pré-fabricadas que geralmente utilizam condutores redondos, comercializadas em rolos de 3 x 6m. 

A M.T.R. deve ser, obrigatoriamente, conectada ao sistema de aterramento de força, podendo existir um ou mais pontos de conexão. pois estes não interferem no funcionamento da M.T.R. Todas as carcaças e barras de terra dos quadros que alimentam equipamentos eletrônicos sensíveis, assim como as demais partes metálicas integrantes do ambiente (eletrodutos, eletrocalhas, colunas e suportes metálicos etc.), devem ser ligados à M.T.R. através de cordoalhas ou fitas de cobre. Podem-se utilizar os suportes metálicos (“macaquinhos”) do piso elevado como parte integrante da própria M.T.R..

A malha de terra de referência deve ser montada sob os equipamentos eletrônicos sensíveis a uma distância tal que o comprimento entre as barras de terra lógicas destes e a M.T.R., não ultrapasse a distância do “mesh”. As melhores soluções para se conseguir este objetivo são as seguintes:

– utilização de um piso falso com a malha lançada no fundo do mesmo;

– malha embutida na superfície do piso, no concreto estrutural, o que exige que sejam providenciados pontos de conexão acessíveis;

– malha presa no teto do pavimento abaixo (quando existe uma galeria ou porão de cabos abaixo, por exemplo);

– uso de piso elevado com estrutura de sustentação metálica e com placas metalizadas, que constituem em uma malha de referência de sinal natural.

Os terras lógicos dos equipamentos sensíveis devem ser ligados à malha de terra de referência por meio de condutores chatos (cordoalhas) ou fitas. Quando o comprimento do terra lógico à malha exceder a distância do “Mesh” da malha, utilizar cordoalha ou fita de maior largura (mínimo de 40mm). Nas salas onde houver M.T.R., a barra de terra do quadro de distribuição que alimenta as tomadas de equipamentos deverá ser interligada à malha de referência, assim como as barras de terra dos “racks” de equipamentos.

Além da interligação à referência de terra da rede de distribuição de energia, a malha de terra de referência deve também ser interligada intencionalmente a todos os componentes metálicos presentes no seu ambiente, tais como:

– colunas metálicas;

– eletrodutos, que chegam ou saem no ambiente da malha;

– carcaças metálicas dos quadros de comando, de força e de instrumentação, assim como armários metálicos diversos;

– equipamentos de ar condicionado; e

 – tubulações de água e de incêndio, entre outros.

Quando um número pequeno de equipamentos, ou equipamentos muito espalhados, não justificar o uso de uma M.T.R. pode-se utilizar o método de aterramento de ponto único. Por este método de aterramento, os equipamentos eletrônicos são isolados dos respectivos gabinetes, e as barras de terra, também isoladas, são ligadas através de condutores isolados, radiais, a uma barra de terra geral, comumente situada no quadro de distribuição de força dos equipamentos. Esta barra também é isolada do quadro de distribuição, mas conectada através de um cabo isolado a um único ponto do sistema de aterramento de força. Portanto, equalizam-se as duas malhas através desta conexão. As carcaças dos gabinetes são ligadas ao sistema de aterramento de força de forma convencional, isto é, por meio de condutores de proteção, de modo a permitir o retorno das correntes de curto-circuito originadas pela falha na isolação de alimentação de força dos equipamentos eletrônicos.

Para finalizar, deve ser observado que a função básica da M.T.R. é a equalização de potenciais e não a condução de correntes de curtos-circuitos. Isto significa que os condutores de proteção para retorno de faltas para a terra devem continuar existindo, dimensionados segundo a norma NBR-5410/2004.

CENTROS DE DISTRIBUIÇÃO

A figura, abaixo, apresenta um quadro de distribuição de energia para uma rede dedicada (PDU – Power Distribution Unity), que possui diversas características especiais, onde se destacam:

– isolamento na entrada, provido por transformador isolador com blindagem eletrostática e dimensionado para carga 100% não linear, com elevado fator K;

– disjuntor geral removível (no primário do transformador isolador) e disjuntores para os circuitos terminais facilmente substituíveis;

– borneira para identificação e organização dos circuitos terminais;

– equipamento de supervisão e monitoração com acesso local e remoto.

O transformador de isolamento no PDU possui a grande virtude de trazer a referência de terra da rede de alimentação elétrica (fases, neutro e terra) para dentro do ambiente onde estão os equipamentos por ele alimentados. Além disso, atenua as sobretensões transitórias de modo comum (entre fases e terra), sendo menos eficiente para as de modo normal (entre fases), já que, neste caso, o acoplamento será realizado através do próprio circuito magnético do transformador.

O transformador de isolamento pode ter uma ou mais blindagens eletrostáticas (de material não magnético, como o alumínio, por exemplo), envolvendo um ou mais de seus enrolamentos. Esta blindagem, sendo aterrada, reduz o acoplamento capacitivo entre os enrolamentos. Para a maioria das aplicações, uma única blindagem é suficiente.

  

Figura 2.1: centros de distribuição (cortesia MGE).

CRÉDITOS

Eng. Paulo Edmundo

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