Como instalar e aterrar a blindagem de cabos de sinal em painéis

A leitura de temperatura oscila sempre que o exaustor parte. A rede de campo perde um nó quando o inversor da esteira acelera. O encoder conta pulsos a mais só em um turno, quando a solda da manutenção está ligada. Sintomas assim raramente apontam para defeito de componente: quase sempre a causa está na forma como os cabos de sinal foram lançados, separados e blindados. O aterramento de cabo blindado é um dos detalhes mais baratos de acertar na montagem e um dos mais caros de corrigir depois que o painel está em operação.

Este tutorial percorre o caminho do cabo, da escolha à conexão da malha, com as práticas que evitam ruído em sinais analógicos e em redes industriais.

Por que a blindagem funciona

O ruído chega ao cabo de sinal por três caminhos principais:

• acoplamento capacitivo, quando um condutor com tensão variando rápido, como a saída de um inversor, fica próximo ao cabo de sinal;
• acoplamento indutivo, quando correntes altas e variáveis criam campo magnético que induz tensão no laço formado pelos condutores de sinal;
• impedância comum, quando correntes de outros circuitos passam pelo mesmo condutor de referência do sinal.

A blindagem, ligada a um potencial de referência, intercepta o campo elétrico e conduz a corrente induzida para a terra antes que ela alcance os condutores internos. Contra campos magnéticos de baixa frequência, a proteção vem mais do par trançado e da distância do que da malha. Blindagem, trançamento e separação trabalham juntos; nenhum deles resolve tudo sozinho.

Escolha do cabo

• Blindagem em fita (folha de alumínio) com fio dreno: cobertura total, boa contra interferência de alta frequência, comum em cabos de instrumentação.
• Blindagem em malha trançada de cobre: menor cobertura, mas menor resistência e maior robustez mecânica, preferida em cabos de rede de campo e de motor.
• Fita e malha combinadas: usadas quando o ambiente tem inversores e altas frequências e o sinal é sensível.
• Pares trançados individualmente blindados, com blindagem geral, para cabos multipares que levam vários sinais analógicos.

Para redes como PROFIBUS, PROFINET e EtherNet/IP, use o cabo especificado pelas organizações que mantêm esses padrões. Impedância característica, tipo de blindagem e conectores fazem parte da especificação da rede, e cabos "parecidos" são causa frequente de falhas intermitentes.

Passagem e separação dos cabos

Antes de pensar em aterramento, organize o trajeto. A regra básica é separar os cabos em grupos pela natureza do sinal:

1. Potência: alimentação, cabos de motor e, principalmente, saídas de inversores e servoacionamentos.
2. Comando: 24 V de entradas e saídas digitais, bobinas de contatores.
3. Sinal sensível: analógicos, termopares, termorresistências, encoders.
4. Redes de comunicação: barramentos de campo e Ethernet industrial.

Na prática:

• Use eletrocalhas ou canaletas diferentes para potência e para sinal. Se precisarem compartilhar a mesma eletrocalha, use separador metálico aterrado.
• Quando cabos de grupos diferentes precisarem se cruzar, cruze em ângulo reto, nunca em trechos paralelos.
• Dentro do painel, reserve um lado ou uma região para sinais e outra para potência, com o menor paralelismo possível.
• Mantenha o condutor de ida e o de retorno do mesmo sinal juntos, no mesmo par, para reduzir a área do laço.

As diretrizes de instalação publicadas para PROFIBUS e PROFINET agrupam cabos em categorias e indicam afastamentos mínimos entre elas. Seguir essas tabelas é mais seguro que estimar distância no olho.

Aterramento em um ou em dois pontos

Esta é a dúvida mais comum, e a resposta depende do tipo de sinal.

Sinais analógicos de baixa frequência

Para 4-20 mA, 0-10 V, termopares e termorresistências, a prática tradicional é aterrar a blindagem em um único ponto, normalmente no painel onde está o cartão de entrada. A outra ponta, no instrumento, fica isolada e protegida com fita ou luva.

O motivo é evitar o laço de terra. Se as duas pontas forem aterradas e houver diferença de potencial entre a terra do campo e a do painel, circula corrente pela malha, e essa corrente, na frequência da rede, se acopla aos condutores de sinal. Com aterramento em um ponto, a malha drena o ruído capacitivo sem virar caminho para correntes de 60 Hz.

Redes de comunicação e cabos de alta frequência

Para redes de campo, Ethernet industrial, encoders de alta velocidade e cabos de motor alimentados por inversor, a recomendação muda: aterrar a blindagem nas duas pontas, com contato de 360 graus. Em alta frequência, uma blindagem aterrada só de um lado pode funcionar como antena. Aterrada nos dois extremos, ela oferece caminho de baixa impedância para as correntes de interferência.

A condição para isso funcionar é a equipotencialização. Se os painéis estiverem em potenciais diferentes, a corrente de compensação passará pela blindagem. A solução é instalar um condutor de equalização de potencial em paralelo com o cabo, ligando as barras de terra dos painéis, para que a corrente de baixa frequência siga por ele e não pela malha. As diretrizes de instalação das redes industriais tratam esse ponto em detalhe.

Como conectar a malha no painel

A forma de conectar importa tanto quanto a decisão de aterrar.

• Contato de 360 graus: use abraçadeiras de blindagem ou prensa-cabos com contato de malha, fixados em barra de blindagem ou diretamente na placa de montagem, logo na entrada do painel.
• Evite o rabicho: torcer a malha e levá-la por um fio até um borne de terra cria indutância que anula boa parte do efeito da blindagem em alta frequência. Se for inevitável, o rabicho deve ser o mais curto possível.
• Descasque o mínimo: o trecho de condutores sem blindagem, entre a abraçadeira e o borne, deve ser curto.
• Superfície condutora: placas de montagem pintadas precisam ter a tinta removida no ponto de contato, ou devem ser galvanizadas.
• Barra de terra única: a barra de blindagem é ligada à terra do painel por condutor curto e de seção adequada.
• Não use a blindagem como condutor de sinal ou de retorno, e não a ligue ao 0 V das fontes.

Em caixas de passagem e emendas, a continuidade da blindagem precisa ser mantida, com a malha isolada de outros pontos de terra quando o esquema for de ponto único.

Cabos de motor com inversor

A saída de um inversor de frequência é a principal fonte de interferência em painéis modernos. O cabo entre inversor e motor deve ser blindado, com a malha aterrada em 360 graus nas duas pontas: na placa de montagem, junto ao inversor, e na caixa de ligação do motor, com prensa-cabo metálico. O manual do inversor costuma indicar o tipo de cabo, o comprimento máximo e o uso de filtros. Um cabo de motor bem blindado reduz o problema na origem, o que costuma ser mais eficaz do que proteger todos os cabos de sinal ao redor.

Verificação depois da montagem

• Meça a continuidade da blindagem de ponta a ponta.
• Nos sinais com aterramento em um ponto, confirme que a malha não toca a terra em outro local.
• Com a planta em operação, use um alicate amperímetro para verificar se há corrente circulando pela blindagem; corrente significativa indica diferença de potencial e necessidade de equalização.
• Em redes industriais, use as ferramentas de diagnóstico da rede para verificar erros de comunicação e qualidade de sinal.
• Registre no diagrama elétrico onde cada blindagem é aterrada.

Erros comuns

• Cabo de sinal na mesma canaleta da saída do inversor.
• Blindagem de sinal analógico aterrada nas duas pontas sem equalização.
• Rede de campo com malha aterrada só em um lado.
• Rabicho longo ligado a borne de terra.
• Tinta entre a abraçadeira e a placa de montagem.
• Emendas que interrompem a continuidade da malha.
• Malha ligada ao 0 V da fonte de 24 V.