Nobreak e qualidade de energia: como proteger CLPs e sistemas de controle

O CLP reinicia sozinho durante uma tempestade. O supervisório trava sempre que um grande motor parte. Uma fonte de 24 Vcc queima sem motivo aparente. Problemas assim costumam ser atribuídos ao equipamento, mas muitas vezes a origem está na alimentação. A qualidade de energia industrial é um tema que interessa diretamente a quem cuida da automação, porque controladores, redes e computadores são muito mais sensíveis a distúrbios do que motores e resistências.

Os distúrbios que afetam a automação

A energia ideal teria tensão e frequência constantes e forma de onda perfeitamente senoidal. Na prática, a rede elétrica e as próprias cargas da fábrica produzem vários desvios:

• afundamentos de tensão: quedas de curta duração, de frações de segundo a poucos segundos, causadas por partidas de motores grandes ou por curtos-circuitos na rede da concessionária. São o distúrbio que mais derruba equipamentos eletrônicos;
• elevações de tensão: aumentos temporários, por exemplo após o desligamento de grandes cargas;
• interrupções: falta total de energia, breve ou prolongada;
• transitórios e surtos: picos rápidos de alta tensão, provocados por descargas atmosféricas ou por manobras de cargas indutivas e bancos de capacitores;
• harmônicas: distorções da forma de onda geradas por cargas não lineares, como inversores de frequência, retificadores e fontes chaveadas;
• desequilíbrio e falta de fase: diferença de tensão entre as fases, que afeta sobretudo motores e fontes trifásicas;
• ruído elétrico: interferências de alta frequência que chegam por cabos mal aterrados ou mal separados.

No Brasil, os indicadores de qualidade do produto energia fornecido pelas distribuidoras são tratados nos procedimentos de distribuição da agência reguladora, mas boa parte dos problemas nasce dentro da própria planta.

Nobreak: tipos e aplicação

O nobreak, também chamado de UPS, mantém a alimentação durante afundamentos e interrupções por meio de baterias. Há três arquiteturas principais:

• offline ou standby: a carga é alimentada diretamente pela rede e só passa para o inversor interno quando a energia falha. É a opção mais simples, com um pequeno tempo de transferência;
• interativo: incorpora um regulador que corrige variações moderadas de tensão sem usar a bateria;
• online de dupla conversão: a carga é alimentada permanentemente pelo inversor, a partir de um barramento de corrente contínua. Não há tempo de transferência, e a saída fica isolada da maior parte dos distúrbios da rede.

Para sistemas de controle críticos, o nobreak online é o mais indicado. Em painéis menores, uma alternativa comum é a fonte de 24 Vcc com módulo de bateria ou de capacitores, que mantém CLP, entradas e redes durante quedas curtas.

Filtros, supressores e boas práticas de instalação

O nobreak não resolve tudo. Outras soluções atacam distúrbios específicos:

• dispositivos de proteção contra surtos (DPS): instalados em cascata, na entrada da instalação, nos quadros de distribuição e junto aos equipamentos sensíveis, desviam para a terra os picos de tensão. Linhas de sinal e de comunicação também precisam de proteção;
• filtros de harmônicas e reatores de linha: reduzem a distorção gerada por inversores e retificadores e protegem outras cargas ligadas ao mesmo barramento;
• filtros de linha: atenuam ruídos de alta frequência na alimentação de controladores e computadores;
• transformadores isoladores: separam o circuito de controle de perturbações do circuito de força.

Tão importante quanto os equipamentos é a instalação: aterramento bem executado e equipotencializado, separação entre cabos de força e de sinal, blindagens aterradas corretamente e circuitos de controle alimentados de forma independente das cargas pesadas.

Como dimensionar a proteção do painel de controle

Um roteiro prático para dimensionar a proteção começa pelo levantamento das cargas: somar a potência de CLPs, fontes, IHMs, switches, computadores e rádios, considerando potência aparente e ativa. Em seguida, define-se a autonomia necessária, que pode ser apenas o tempo para um desligamento ordenado ou o suficiente para manter o controle até a entrada de um gerador.

Também é importante:

• prever uma margem de crescimento da carga;
• não ligar ao nobreak cargas de partida pesada, como motores e aquecedores;
• instalar um bypass de manutenção, para trocar baterias sem desligar o sistema;
• monitorar o estado do nobreak pelo supervisório;
• testar e substituir as baterias periodicamente, conforme o fabricante.

Antes de investir, vale medir. Um analisador de qualidade de energia instalado por alguns dias mostra quais distúrbios realmente ocorrem e evita comprar a solução errada.

Dúvidas frequentes