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terça-feira, 14 de julho de 2009

ELETRICIDADE

Apesar de ser possível minimizar a ameaça de blecautes de energia mantendo cópias atualizadas das informações, essa medida não evitará a perda de arquivos de trabalho que estejam abertos nos computadores em rede.

Embora os protetores de surto de tensão possam ajudar a resolver os problemas gerados por picos e quedas de energia, eles não evitarão sua ocorrência. Uma queda de tensão na rede elétrica pode causar apenas uma leve oscilação na iluminação, entretanto, a mesma queda de energia pode ser devastadora para os dados e para o hardware de rede.

Ruído elétrico

Os problemas de energia elétrica são as maiores causas de defeitos no hardware das redes de computadores e conseqüente perda de dados. Dentro das edificações, o ruído da rede elétrica sempre está presente. Se não for encarado corretamente, esse ruído elétrico poderá causar problemas sérios em uma rede de computadores.

Figura 1 – Ruído elétrico

O ruído elétrico ou ruído na linha AC, vindo de um monitor de vídeo ou de uma unidade de disco pode ser suficiente para gerar erros em uma rede de computadores. Isto ocorre pela adição de voltagens indesejadas aos sinais de dados e evitando que as portas lógicas dos computadores detectem o início e o fim das transmissões de dados. Esse problema pode ser maior quando um computador tiver uma conexão de aterramento ruim.

Outros efeitos dos problemas de energia incluem o travamento de outros dispositivos de rede, como impressoras, switches, a perda de dados, degradação do hardware, danos em partes internas e paradas inevitáveis dos sistemas.

Falhas de energia

Quedas de tensão, surtos e ruídos, blackout etc. O que acontece com a rede de computadores quando esta é submetida a algum problema na rede elétrica? Um relâmpago que caia próximo pode, por exemplo, gerar um pico de tensão que atravessará imediatamente o cabeamento, conexões de rede, linhas telefônicas e outras. O pico de tensão penetra na rede através da tomada de alimentação elétrica, linha telefônica ou cabos de dados (cabos lógicos), podendo vir a danificar placas de fax/modem, placas de rede, placa-mãe, disco rígido e outros. Problemas de perda de dados também poderão ocorrer.

Somente a utilização de sistemas de controle de energia proporciona a proteção necessária e evita problemas nos sistemas de computadores, equipamentos eletrônicos e de telecomunicações, centrais telefônicas etc.

Problemas típicos da linha de alimentação

O excesso de energia indesejado que é enviado para o equipamento elétrico que utiliza essa energia, chamado de carga, é chamado de distúrbio de energia. Os distúrbios típicos de energia incluem subtensões, sobretensões, surtos de voltagem, quedas de energia, picos, oscilações e ruído.

Subtensões e sobretensões:

Também conhecidas como quedas/aumentos de voltagem. Essas variações são ocorrem por curto período dos níveis de voltagem. Este tipo de problema é o mais comum abrangendo mais de 85% de todos os tipos de problemas de energia elétrica.

Normalmente as subtensões (mais comuns) são causadas pelas exigências de energia na inicialização de equipamentos elétricos tais como máquinas, elevadores, motores, compressores, ar-condicionado, etc.

Efeitos causados:

Uma queda de voltagem pode drenar a energia que um computador necessita para funcionar e causar congelamentos do sistema, panes inesperadas resultando em perda de dados, arquivos corrompidos ou mesmo o dano ou comprometimento de uma determinada parte do hardware do computador.

Figura 2 - Sub e sobretensão

Blackout:

Perda total de energia, também conhecida como "apagão". Geralmente são causados por demanda excessiva de energia elétrica junto ao fornecedor, raios / tempestades, acidentes, etc.

Figura 3 - Blackout

Efeitos causados:

Perda do trabalho que não foi armazenado (salvo) nos meios de armazenamento fixos do computador. Por exemplo, a tabela de alocação de arquivos pode ser perdida ocasionando a perda total dos dados e informações armazenadas no disco rígido.

Pico de Tensão ou Transiente:

Um pico de tensão (transiente de tensão) é um impulso que produz uma sobrecarga de voltagem na linha de alimentação (aumento de voltagem instantânea). Geralmente, os picos duram entre 0,5 e 100 microssegundos. Em outras palavras, quando ocorre um pico, isso significa que a sua linha de alimentação foi atingida momentaneamente por uma força poderosa de, no mínimo, 240V.

É causado normalmente por um raio que cai próximo ao prédio ou pela própria companhia de energia elétrica, quando esta retorna com o fornecimento após interrupção de energia. Um pico de energia pode penetrar nos equipamentos a partir da linha de energia elétrica AC, conexões de rede, linhas seriais ou telefônicas e danificar ou destruir completamente seus componentes.

Efeitos causados:

Danos aos equipamentos, perda de dados.

Figura 4 - Picos de tensão

Surto de tensão

Um surto de tensão é caracterizado por um aumento de voltagem acima de 110% da voltagem normal transportada por uma linha de alimentação. Geralmente, esses incidentes duram apenas poucos segundos (pelo menos 1/120 do segundo).

No entanto, esse tipo de alteração de energia é responsável por quase todos os danos de hardware que acontecem nas redes de computadores. Isso porque a maioria das fontes de alimentação dos dispositivos que funcionam em 120V foi construída para nunca lidar com 260 V. Os hubs são especialmente vulneráveis a surtos elétricos por causa das suas linhas de dados de baixa voltagem sensíveis.

Aparelhos de ar-condicionado, equipamentos elétricos e outros podem causar o surto. Quando o equipamento é desligado, a voltagem extra é dissipada pela linha de energia elétrica.

Efeitos causados:

Computadores e outros dispositivos eletrônicos são projetados para receber energia elétrica numa determinada faixa de voltagem. Níveis acima desta faixa podem estressar componentes mais delicados provocando falhas prematuras.

Figura 5 - Surto de tensão

Oscilações e Ruído:

As oscilações ou harmônicos ou ruídos são conhecidos como Interferência Eletromagnética (EMI) e Interferência de Rádio Freqüência (RFI). O ruído elétrico quebra a suavidade da onda senoidal esperada para a energia elétrica. É causado por diversos fatores tais como raios, motores, equipamentos industriais, transmissores, podendo ser intermitentes ou constantes. Uma causa comum dessa oscilação é uma extensão da rede elétrica excessivamente longa, criando um efeito de antena.

A melhor forma de tratar do problema de oscilação é refazer a fiação. Apesar de parecer uma solução extrema e cara, provavelmente será a única forma confiável de se garantir conexões de energia e aterramento completamente limpas e diretas.

Efeitos causados:

Ruídos podem produzir erros em arquivos, dados, programas executáveis.

Figura 6 - Ruído

Aterramento em equipamentos de redes de computadores

Para o perfeito aterramento e proteção dos dispositivos de redes de computadores recomenda-se o uso de tomadas de três pinos. Nesse tipo de tomada, os dois conectores superiores fornecem energia (220V) ou apenas um (110V). O conector inferior protege os usuários e os equipamentos contra choques e curto-circuito. Esse conector é chamado de conector terra de segurança. No equipamento elétrico em que isso é usado, o fio terra de segurança está conectado a todas as peças metálicas expostas do equipamento. As placas mãe e os circuitos de computação do equipamento de computação são eletricamente conectados ao "chassis". Isso também os conecta ao fio terra de segurança, que é usado para dissipar a eletricidade estática.

A finalidade da conexão ao aterramento de segurança das peças metálicas expostas do equipamento de computação é impedir que se tornem energizadas com uma voltagem perigosa, resultado de falha na fiação dentro do dispositivo.

Figura 7 - Tomada de 3 pinos

Finalidade do aterramento de equipamentos de computadores

A finalidade do aterramento de segurança dos componentes metálicos expostos do equipamento de computação é evitar que esses componentes se energizem com voltagem de risco que pode ocorrer devido a uma falha na fiação interna do dispositivo.

Figura 8 - Ligação de aterramento

Classificação dos problemas de energia

Temos normalmente três condutores em um cabo de alimentação elétrica e os problemas que ocorrem são rotulados conforme o(s) fio(s) específico(s) afetado(s). Se existir uma situação entre o fio energizado e o neutro, isso é chamado de problema de modo normal. Se uma situação envolver o fio energizado, o fio neutro e o fio terra de segurança, isso é chamado de problema de modo comum.

Os problemas do modo normal geralmente não proporcionam perigo, isso porque eles são normalmente interceptados pela fonte de alimentação do equipamento, por uma fonte de alimentação ininterrupta ou por um filtro de linha de alimentação AC.

Os problemas do modo comum, por outro lado, podem ir diretamente para o "chassis" de um computador sem algum tipo de filtro interventor. Portanto, eles podem causar mais danos aos sinais de dados que os problemas do modo normal. Além disso, eles são mais difíceis de se detectar.

Estabilizadores e No-Breaks

Estabilizadores e No-Breaks

Estabilizadores

O estabilizador é utilizado com a finalidade de possibilitar uma tensão de saída sempre estável, protegendo os equipamentos de variações de tensão da rede elétrica. O estabilizador "regula" a tensão de entrada de maneira a evitar mudanças bruscas nos níveis elétricos (para mais ou para menos).

Os estabilizadores possuem um transformador com múltiplas saídas, sendo que cada saída apresenta um nível de tensão diferente. Um circuito eletrônico interno chamado de comparador de tensão seleciona um ponto de saída diferente enquanto a tensão de entrada varia, mantendo a tensão de alimentação constante.

No-Breaks

O No-Break ou UPS (Uninterruptible Power Supply) tem a finalidade de proteger e manter os equipamentos eletrônicos alimentados quando ocorrerem falhas na rede de distribuição elétrica. Assim, os usuários de redes de computadores podem salvar e fechar os arquivos e programas em utilização (o tempo de autonomia mais comum é de algo entre 10 e 15 minutos). Alguns tipos permitem que o uso por algumas horas ininterruptas sem energia elétrica.

Figura 9 - Tipos de UPS

Um UPS consiste em baterias, um carregador de baterias e um inversor e retificador de energia. As funções de cada um são as seguintes:

Inversor e Retificador - O Inversor é um circuito interno que transforma a tensão das baterias em tensão alternada, normalmente fornecida pela linha de alimentação, para os dispositivos de rede. Já o Retificador transforma a tensão alternada da rede elétrica em tensão continua, com finalidade de alimentar o inversor;

Carregador de bateria - projetado para manter as baterias em condição de pico durante os períodos em que o sistema da linha de alimentação estiver funcionando normalmente;

Baterias - O UPS possui uma ou varias baterias, que são utilizadas quando um circuito eletrônico identifica a interrupção de energia e começa a alimentar automaticamente o equipamento. Esse circuito eletrônico executa duas funções através de uma Chave de Transferência interna ao UPS: ligar as cargas na corrente elétrica quando essa corrente estiver em condições satisfatórias e conectar o conjunto de baterias as cargas quando o fornecimento de energia elétrica for interrompido ou no caso de alguma anormalidade. Geralmente, quanto maiores forem as baterias em um UPS, maior o período de tempo em que ela poderá suportar os dispositivos de rede durante faltas de energia.

Existe ainda um sistema de proteção contra "pane" chamado de By Pass, que alimenta as cargas diretamente com energia elétrica.

Figura 10 - Estrutura UPS

Diferenças nos recursos do UPS

Vários fabricantes desenvolveram sistemas UPS que diferem nas seguintes formas: a capacidade de armazenamento de energia das baterias, a capacidade de entrega de energia pelo inversor e o esquema operacional (se eles operam continuamente ou apenas quando a voltagem de entrada atingir um nível específico). Da mesma forma, quanto mais recursos um UPS tiver, mais caro ele será.

Tipos de UPS

Existem dois tipos básicos de UPS: On-line e Off-line. A diferença está na forma como a energia chega ao computador:

UPS On-line

Possui forma de transmissão de energia elétrica alternada que entra no inversor, que transforma em energia elétrica continua para ser armazenada pela bateria e esta envia a sua carga para outro inversor que converte a energia elétrica para alternada novamente e será esta que irá alimentar o equipamento. Assim, a bateria nunca ficará sem carga. Quando houver falta de energia, a energia elétrica irá direto da bateria para o computador automaticamente. Existem ainda dois tipos de no-breaks on-line: on-line em paralelo e on-line em série:

UPS on-line em paralelo - a bateria e a energia elétrica da entrada do são ligadas simultaneamente à saída do equipamento. Como a bateria está sempre ligada na saída do UPS, não há retardo em seu acionamento, entretanto, como a energia elétrica também está presente na saída e quaisquer problemas na rede elétrica (como variações de tensão e ruídos) são repassados para a saída do no-break.

UPS on-line em série – nesse tipo, o equipamento é alimentado continuamente apenas pela bateria. Quando falta energia elétrica, não há qualquer tipo de retardo. A tensão elétrica presente na entrada do no-break é usada apenas para carregar a bateria, assim a saída fica totalmente isolada da entrada. Com isso, qualquer problema na rede elétrica (variações, ruídos, etc) não afeta o equipamento conectado na saída.

Figura 11 - UPS On-Line

UPS Off-line

Os UPS off-line são os mais baratos e apresentam um retardo em seu acionamento. A tensão elétrica é transmitida diretamente para as cargas, sem o condicionamento de energia. Quando ocorre a falta tensão elétrica a chave de transferência é ligada e assim as baterias fornecem a energia através do inversor.

Quando a energia elétrica falha, o UPS demora um tempo (tipicamente 16ms) para detectar que a falha e acionar a bateria. Embora esse retardo seja pequeno, pode afetar o funcionamento de equipamentos mais sensíveis.

Um tipo de UPS off-line muito comum é o line interactive. Esse tipo de no-break oferece um retardo menor (tipicamente de 6ms) e traz um estabilizador de tensão embutido.

Figura 12 - UPS Off-Line

Consumo de um equipamento: Watts x VA

Os equipamentos eletroeletrônicos sempre apresentam a indicação de seu consumo expresso em Watts ou em VA. Para o correto dimensionamento da rede elétrica, dos UPS e demais equipamentos torna-se necessário conhecer o consumo total da rede. Agora, como proceder se alguns equipamentos possuem a indicação em Watts e outros em VA? Estas suas unidades são similares ou diferentes unidades de medida?

Watts e VA não são unidades similares. O valor em Watts sempre será menor que o valor correspondente em VA, devido ao "Fator de Potência". O Fator de Potência é um número entre 0 e 1 que representa a fração da corrente que provê energia disponível para a carga. Apenas em filamentos incandescentes, como nas lâmpadas elétricas, o fator de potência é igual a 1 (um). Em outros equipamentos, nem toda a corrente disponível consegue ser utilizada e uma parte retorna ou é perdida na forma de calor.

Para computadores, o Fator de Potência a ser utilizado deverá estar entre 0,6 e 0,7. Em outras palavras a potência em Watts para computadores é um valor entre 60% e 70% do valor em VA. Os computadores modernos usam capacitores na entrada de suas fontes de alimentação (fontes chaveadas), que por suas características de entrada exibem fator de potência entre 0,6 e 0,7, tendendo a 0,6 na maioria das vezes.

Novas tecnologias de fontes de alimentação (denominadas fontes chaveadas com fator de potência corrigido) permitem um fator de potência de 1 ou próximo a um. Um bom fator de potência a ser utilizado para computadores é o fator de 0,65. Por exemplo, um UPS com capacidade de 1000VA será capaz de alimentar uma lâmpada de 1000Watts, porém só terá a capacidade de alimentar um computador de consumo de 650Watts. Porque isto acontece?

O fator de potência de uma lâmpada é de 1 (um) e do computador 0,65. O consumo poderá estar especificado em VA ou Watts. Para converter Watts em VA, divida o valor em Watts por 0,65 => VA = Watts / 0,65. Assim, uma atenção especial deve existir na aquisição de um UPS ou estabilizador: equipamentos com fatores de potência baixos devem ser evitados.

De modo a ter certeza de estar comprando um equipamento apropriado para suas necessidades, verifique se as potências em VA e Watts estão indicadas na embalagem ou especificação do produto. Um UPS com indicação de 1000VA terá a capacidade de fornecer 650Watts em equipamento com fator de potência de 0,65 ou fornecer apenas 300Watts em equipamento com fator de potência de 0,3.

Aplicações dos dispositivos

Filtro de Linha e Protetores de Surto

Tipo de proteção: Surtos, Picos de energia, ruído elétrico.

Finalidade:

Filtrar ruídos da rede elétrica, especialmente os gerados por motores, tais como de condicionadores de ar, aquecedores etc. Os protetores de surto de tensão são normalmente montados em uma tomada de energia na parede, à qual um dispositivo de rede está conectado.

Esse tipo de protetor de surto de tensão tem um circuito criado para impedir que surtos e picos causem danos ao dispositivo de rede. Um dispositivo chamado de varistor é usado com mais freqüência como esse tipo de protetor de surto de tensão. Um varistor é capaz de absorver correntes muito grandes sem danos, podendo reter os surtos de voltagem em um circuito de 120V até um nível de aproximadamente 330V, protegendo os dispositivos de rede ao redirecionar as voltagens em excesso, que ocorrem durante picos e surtos de tensão, para um aterramento.

Os filtros de linha mais simples aplicam-se basicamente para aumentar o número de tomadas disponíveis para ligar os equipamentos ao estabilizador. O importante é não confundir este dispositivo com as réguas de tomadas de baixo custo encontradas no mercado.

Estabilizadores

Tipo de proteção: Subtensões, Sobretensões, Surtos, Picos de energia e ruído elétrico.

Finalidade:

Regulagem da tensão de entrada. É essencial que incorpore as funções de um filtro de linha para a proteção do hardware.

No-Break ou UPS

Tipo de proteção: Subtensões, Sobretensões, Surto, Picos de energia, Ruído elétrico, Blackout.

Finalidade:

Realiza a proteção do hardware, dos dados e dos dispositivos do sistema. Sua principal função é garantir, no caso de interrupção do fornecimento da energia elétrica, o funcionamento do computador ou de qualquer outro dispositivo a ele conectado com um tempo de funcionamento extra para que o usuário salve seus trabalhos e faça o desligamento seguro e correto do sistema.

UPS de qualidade já incorporam as funções de filtro de linha, garantindo a integridade dos equipamentos a eles conectados, possuindo também programas de gerenciamento para quando da falta da energia elétrica.

Conclusão

Problemas de quedas de tensão, variações na energia e outros efeitos elétricos podem ser tratados através do uso de dispositivos de proteção como filtros de linha, supressores de surto, no-break (UPS) etc. Por exemplo, a quantidade de UPS que deve ser colocada em uma rede local dependerá de fatores como orçamento, os tipos de serviço que a rede fornece, a freqüência e a duração de falta de energia na região, quando elas ocorrerem. No mínimo, cada servidor de arquivos da rede deve ter uma fonte de energia de reserva.

Em redes de topologia em estrela estendida, onde dispositivos como bridges, switches e roteadores são usados, a reserva de energia deverá ser fornecida a eles também, para evitar falhas no sistema, bem como para todas as áreas de trabalho consideradas essenciais.

Como os administradores de rede sabem, não adianta muito ter um servidor e um sistema de cabeamento operacional se não for possível garantir seu acesso ou que os equipamentos não serão desativados antes que os usuários possam salvar suas aplicações em uso.

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