Disciplina:MEDIDAS ELÉTRICAS
São José/SC Fevereiro, 2007.
INTRODUÇÃO
O desenvolvimento tecnológico da área elétrica quer no que diz respeito, como a eletrônica vem influenciando fundamentalmente na configuração do nosso modo de vida. Destaca-se campo de medição, que proporcionou extraordinário progresso nos meios que dispomos para acompanhar a natureza e permitir que a industria civilizações tecnicamente primitivas. Asviabilize técnicas de medida e o domínio do conhecimento dos princípios aplicados ao setor da instrumentação são conteúdos indispensáveis para o desempenho do técnico em qualquer área industrial ou de pesquisa. As grandezas elétricas envolvidas em fenômenos físicos podem ser medidas (ou acompanhados) cada vez mais com maior precisão ao desenvolvimento dos instrumentos de medidas. É claro que nós conceitos básicos de medidas são também indispensáveis àquele que executa as medições. A confiabilidade de uma medida esta ligada à precisão dos instrumentos e ao rigor que empregamos ao fazê-la. Portanto o técnico de medidas deve saber solucionar os tipos de instrumentos de acordo com suas características de funcionamento e o tipo de medida desejada, sem extrapolar a sofisticação dos instrumentos e os métodos de utilização. Três são os problemas cujas soluções traduzem a finalidade da medição elétrica:
1.0: O que medir 2.0: Como medir 3.0: Como avaliar a medição Isto implica em que o técnico deve conhecer as grandezas elétricas, a maneira de tratá-los quanto as medidas e como interpreta-la .
01.0: Instrumentos de medidas 01.1: Classificação dos instrumentos de medida: De maneira geral podemos classificar os instrumentos de medidas em dois tipos:
1.0 Instrumentos absolutos: Dão o valor da quantidade medida em termos de constantes instrumentais e da sua deflexão, na necessitando comparação com outro instrumento. 2.0 Instrumentos secundários: Dão o valor da quantidade medidas pela deflexão do instrumento sendo necessário calibra-lo interiormente por comparações de instrumentos absolutos ou com um secundário já calibrado. Os instrumentos absolutos são utilizados apenas em laboratórios de padrões para aferição dos instrumentos secundários apenas. 01.2: Classificação quanto ao tipo.
2
1.0: Instrumentos de deflexão ou indicadores: São instrumentos que nas indicamos valores momentâneos das quantidades elétricas tais como tensão; corrente; potência e etc. 2.0: Instrumentos registradores: São instrumentos que registram em papel graduado (traçam gráficos) com os valores medidos. 3.0: Instrumentos integrados ou contadores: São os medidores de energia elétrica empregados comercialmente. 01.3: Quanto a construção: 1.0: Instrumentos de bobina móvel imã permanente (BMIP): São instrumentos construídos por uma ou mais bobina que se movimentam sob ação de um campo magnético de um imã permanentemente quando percorridas por uma corrente. São utilizados somente para a corrente continua. 2.0: Instrumentos de ferro móvel: possuem uma peça de material ferromagnético que se desloca quando submetido a um campo magnético produzido por uma corrente circulando em bobina fixa ou por peça de ferro fixa magnetizada pela corrente. Podem der usados tanto em CA ou CC 3.0: Instrumentos de imã móvel: Possuem um ou mais imãs que se deslocam quando submetidos a um campo magnético produzido por uma corrente circulando em uma ou mais bobina fixas. Só funcionam em CC 4.0: Instrumentos eletrodinâmicos: Possuem uma ou mais bobinas fixas e uma ou mais bobinas móveis, que podem se deslocar quando percorridas por corrente. Estes instrumentos podem ser utilizados em CA e CC e não apresentam peças ferromagnéticos. 5.0: Instrumentos de ferro dinâmicos: Apresentam núcleo de material ferromagnético para aumentar o efeito eletrodinâmico. 6.0: Instrumentos de indução: Utilizam circuitos indutores em elementos que induzem corrente em elementos condutores móveis tais como discos, cilindros etc. Funcionam somente em CA. 7.0: Instrumentos térmicos ou de fios aquecido: São instrumentos onde a dilatação que de um fio, provocada pelo aquecimento devido a corrente que nele circula, é transmitida a um ponteiro que desliza sobre a escala graduada. Servem para a corrente contínua e alternada. 8.0: Instrumentos bimetálicos: O elemento móvel possui um bimetal que se deforma pela ação térmica provocada pela corrente. 9.0 Instrumentos de laminas vibráveis: Possuem lâminas metálicas que vibram quando entram emcom ressonância da corrente alternada que percorre bobinas fixas combinadas ou não imãs permanentes.
01: Quanto a grandeza a medir. Os instrumentos de deflexão classificam-se, segundo as grandezas a medir como:
1.0: Voltímetro (CC e CA) – Volt: Mede a tensão e é ligado em paralelo com o circuito a ser medido. 2.0: Amperímetro (CC e CA) Ampère: mede a corrente e é ligado em serio com o circuito a medir.
3
3.0: Wattímetro (CC e CA) Watt: Mede a potência útil. É constituído por uma bobina de corrente que é ligado em série com o circuito a medir e uma bobina de tensão ligada em paralela. 4.0: Volt – ampère-Reativo (CA) Volt – Ampère - Reativo (VAR): Mede potência reativa. A ligação é idêntica a do WATTIMETRO. 5.0: Cossifimetro (CA) – cosf: Medir o fator de potência, ou seja, a diferença de fase entre tensão e corrente. A ligação é idêntica a do wattímetro. 6.0: Frequencímetro (CA) – HZ: Mede a freqüência e é ligado em paralelo ao circuito. 7.0 : Ohmímetro - Ω: Mede a resistência elétrica. Os ohmímetro são constituídos teoricamente para medir resistência porem, não é utilizado em circuitos devido à imprecisão. Para medir valores de resistência nós empregamos pontes, sendo a mais popular a ponte de WHEATSTONE. 8.0: Medir a indutância (CA) – HENRY: Mede a indutância de uma bobina. 9.0: Medir a capacitância (CA) – FARADAY: mede a capacitância de capacitores. 10.0 :UNIDADES DE GRANDEZA ELÉTRICA: GRAND
Corrente elétrica
NOME
Ampére
SÍMBO DEFINIÇÃO Corrente elétrica invariável que mantida em dois condutores retilíneos, paralelos, de comprimento infinito e de areia de seção transversal desprezível e A situados no vácuo a 1 metro de distância um do outro, produz entre esses condutores uma força igual a 2x10 newton, por metro de comprimento desses condutores.
OBSERVAÇÃO 1)Unidade de base: definição ratificada pela 9a CGPM/1948 2)O ampère é também unidade de força magnetomotriz; nesses casos, se houver possibilidade de confusão, poderá ser chamado ampére espira, porém sem alterar o símbolo A
Carga elétrica (quantidade de eletricidade) Tenção elétrica, diferença de potencial, Força eletromotriz
Coulomb
C
Volt
V
Carga elétrica que atravessa em 1 segundo uma seção transversal de um condutor percorrido por uma corrente invariável de 1ampere Tensão elétrica entre os terminais de um elemento positivo de circuito que dissipa a potência de 1 watt quando percorrido por
uma
corrente 4
invariável de 1 ampére
Gradiente de potencial, intensidade de campo elétrico
Resistência elétrica
Resistividad e
Condutância
Volt por
V/m
metro
Ohm
Ω
S
Condutividad Siemens e
Capacitância
por metro
Farad
planos equipotenciais situados a um metro de distância um do outro Resistência elétrica de um elemento passivo de circuito que é percorrido por uma corrente invariável de 1 ampére, quando uma tensão elétrica constante de1 volt é aplicada aos seus terminais Resistividade de um material homogêneo e isótropo, do qual 1 cubo com um metro de aresta Apresenta uma resistência elétrica de um ohm entre faces opostas Condutância de um elemento passivo de circuito cuja resistência elétrica é de 1 ohm
Ohm – metro
Siemens
Gradiente de potencial uniforme que se verifica em um meio homogêneo e isótropo, quando de 1 volt a diferença de potencial entre dois
Condutividade
S/m
F
de
A intensidade de campo elétrico pode ser também expressa em Newton por Coulomb
O ohm é também unidade de impedância e de reatância em elementos de circuito percorrido por corrente alternada
O siemens é também unidade de admitância de susceptância em elementos de circuito percorrido por corrente alternada
um
material homogêneo e isótropo cuja resistividade é de 1 ohm –metro Capacitância de um elemento passivo de circuito entre cujos terminais a tensão elétrica varia uniformemente a razão de 1 volt por segundo, quando percorrido por uma corrente invariável de 1 ampére Indutância
de
um 5
Indutância
Potência aparente
Potência reativa
Indução magnética
Henry
Volt ampére
Var
Tesla
Fluxo magnético
Weber
Intensidade
Ampére
de campo
por
H
VA
Var
T
Wb
A/m
elemento passivo de circuito entre cujos Terminais se induz uma tensão constante de 1 volt, quando percorrido por uma corrente que varia uniformemente a razão de um ampére por segundo aparente de um Potência circuito percorrido por uma corrente alternada senoidal com valor eficaz de 1 ampére, sob uma tensão elétrica com valor eficaz de 1 volt Potência reativa de um circuito percorrido por uma corrente alternada senoidal com valor eficaz de 1 ampére, sob uma tensão elétrica com valor eficaz de 1 volt, defasada de P/2 radianos em relação á corrente Indução magnética uniforme que produz uma força constante de1 Newton por metro de um condutor retilíneo situado no vácuo e percorrido por uma corrente invariável de 1 ampére Sendo perpendiculares entre si as direções da indução da força e da magnética, corrente. Fluxo magnético uniforme através de uma superfície plana de área igual a um metro quadrado, perpendicular a direção de uma indução magnética uniforme de um tesla. Intensidade de um campo magnético uniforme, criado por uma corrente invariável de 1 ampére, que percorre um 6
magnético
Relutância
metro
Ampére por weber
condutor retilíneo, de comprimento infinito e de área de seção transversal desprezível, em qualquer ponto de uma superfície cilíndrica de diretriz circular com 1 metro de circunferência e que tem
A/Wb
como eixo o referido condutor Relutância de um elemento de circuito magnético, no qual uma força magnetomotriz invariável de 1 ampére produz um fluxo magnético uniforme de 1 weber
01.5: Principais símbolos encontrados nos mostradores dos instrumentos elétricos de medição.
7
Simbologia dos Instrumentos de Medidas Elétricas Para ter segurança no uso dos instrumentos de medidas elétricas você deverá escolher aquele que tem as características necessárias à medição a ser feita.
Para tanto, observe que os instrumentos se distinguem por símbolos gravados em seus visores.
Classe de precisão: A precisão do instrumento é indicada pelo seu erro em porcentagem do seu valor, no fim da escala.
Exemplo: Qual é o erro de um amperímetro para 60 A da classe 1,5, quando o instrumento indica 40 A? Erro de medição 1,5% de 60 A = 0,015 x 60 =
0,9 A
O valor real está entre 39,1 e 40,9 A.
8
Simbologia quanto às unidades de medidas
A = Ampéres Amperímetro
= Ohm Ω Ohmímetro
f ou Hz = freqüência Frequencímetro
V = Volts Voltímetro
W = Watts Wattímetro
cos ϕ ou ϕ = fator de potência Fasímetro
9
Simbologia quanto ao princípio de funcionamento Sistema Ferro Móvel
Sistema Bobina Móvel
Sistema Eletrodinâmico
Sistema Ressonante
10
Sistema Eletrodinâmico com bobinas cruzadas
Simbologia quanto à posição de funcionamento Os instrumentos de medidas elétricas são construídos para funcionar em três posições: Vertical, horizontal e inclinada.
Normais: 2A, 2B, 2C e 2D. Nas outras posições, mencionar o ângulo de inclinação (α). 11
Há instrumentos que não trazem o símbolo característico da posição de funcionamento. Eles podem funcionar em qualquer posição. Posição Vertical
Posição Horizontal
Posição Inclinada
Note que na posição inclinada o símbolo assinala também os graus da inclinação além dos símbolos normalizados, você poderá encontrar outras formas de representar a posição do instrumento: Posição Horizontal ⇒ Posição Vertical ⇒
12
Simbologia quanto ao tipo de corrente Somente Corrente Contínua
Somente Corrente Alternada
Ambas as Correntes - Contínua e Alternada
Além dos símbolos normalizados, você poderá encontrar outras formas de representar o tipo de corrente. Instrumento que mede ambas as correntes ⇒
13
Simbologia quanto à tensão de isolação Tensão de isolação ou tensão de prova. É o valor máximo de tensão que um instrumento pode receber entre sua parte interna (de material condutor) e sua parte externa (de material isolante). Esse valor é simbolicamente representado nos instrumentos pelos números 1, 2 ou 3, contidos no interior de uma estrela.
Note que os números significam os valores de tensão de isolação em KV.
Observação: A existência da estrela sem número em seu interior indica que o valor da tensão de isolação é de 500 V. Usar instrumentos de medidas elétricas que apresentam tensão de isolação inferior à tensão da rede a ser medida pode causar danos aos instrumentos e risco do operador tomar choque elétrico. O instrumento pode ser utilizado, sempre que sua tensão de isolação for maior que a tensão da rede.
14
Simbologia quanto à classe de precisão A classe de precisão dos instrumentos é representada por números. Esses números também são impressos no visor dos instrumentos.
15
01.6 : Partes principais de um instrumento de medida; 1.0: Dispositivo de medição: parte fixa e parte móvel. Parte fixa: É constituída de um imã permanente ou uma bobina fixa. Parte móvel: É constituído de um imã permanente ou uma bobina móvel ou uma lamina de ferro. Instrumento de bobina móvel
Esses instrumentos são compostos basicamente de: A – imã permanente em forma de U B – Bobina móvel com núcleo de ferro fundido C – eixo, que interliga o ponteiro e a bobina móvel; E – molas, que fazem o ponteiro retornar ao zero da escala, quando não circulam corrente pela bobina. F – escala graduada
A: Dispositivo restaurador ou antagônico: O dispositivo restaurador ou antagônico gera um conjugado aposto ao conjugado elétrico gerado pela bobina móvel, aumentando com o ângulo de deslocamento da mesma . A relação entre os dois conjugados deve ser tal que para uma determinada medida, os conjugados se igualem numa posição que corresponda a medida, onde o ponteiro permaneça parado sobre a escala. O dispositivo restaurador e responsável por este equilíbrio do sistema. Equacionando temos: CEL = KEL * I Onde temos: CEL: conjugado elétrico KEL: constante I: corrente da bobina móvel
16
CR = KR * ∅ Onde teremos: CR: conjugado restaurador KR: constante ∅ : ângulo de deslocamento do ponteiro Na posição de equilíbrio:
Os dispositivos restauradores usuais são molas espirais esticadas e dispositivos eletromagnéticos. As molas aspirais são construídas normalmente de bronze fosforoso ou de uma liga de bronze, silício e cobre. Geralmente, estas molas são de seção retangular. Os instrumentos que trabalham sob grandes variações de temperatura apresentando uma Segunda mola com espiral em sentido contrário ao da outra para corrigir alguns desvios provocados por esta variação térmica. Pode-se também utilizar as molas para conduzir a corrente até a bobina móvel. Já a fita esticada é uma fita metálica curta que constitui ela própria o eixo da bobina móvel. Suas extremidades são presas a um dispositivo que a mantém tencionada possibilitando o conjugado restaurador. As grandes vantagens são a não existência de atrito, possibilitando a utilização em instrumentos sensíveis, e a resistência a choques e vibrações fortes. O dispositivo eletromagnético apresenta bobinas de efeito eletrodinâmico, que providenciam o conjugado restaurador, geralmente usam em ohmímetros e megôhmetros.
C - Dispositivo Amortecedor: com a presença dos conjugado elétrico e restaurador o ponteiro oscila bastante antes de alcançar a posição de equilíbrio. Isto provoca uma demora na leitura e em alguns casos pode ocorrer a danificação do dispositivo restautador.
17
O dispositivo amortecedor permite ao sistema móvel atingir rapidamente o equilíbrio, pois ele amortece as oscilações. Existem vários tipos de amortecimento dividido em duas categorias:
1 – Amortecimento a Ar:
18
2 – Amortecimento Eletromagnético
Observação: São três os conjugados envolvimento no deslocamento do sistema móvel: CEL = KEL * I (conjugado elétrico) CR = KR * ∅( conjugado restaurador ) 19
Onde temos: KA = constante de amortecimento ∆∅e ∆t = é a variação do ângulo de deslocamento no tempo.
O conjugado resultante então é: C = CEL – CR - CA
01.7 : Erros de instrumentos de medição elétricos Os instrumentos de medição não nos proporcionam resultados absolutamente corretos. Sempre ocorrem erros devido a fabricação, inferência do ambiente, montagem e próprio operador. Um conhecimento dos diferentes tipos de erros e a maneira como eles se comportam ao longo da escala é essencial para permitir o uso inteligente dos instrumentos de medidas Os erros podem ser classificados em dois grupos:
1.0 : Erro do Grupo A: São aquelas que se mantém constantes ao longo da escala, ou seja, para qualquer posição em relação á escala, esses erros são aumentam e diminuem. São eles:
A: Erro de escala: A escala não pode ter sido marcada corretamente, por deficiência de aparelhos de marcação ou de função operacional ( desenhista )
20
B: Erros de zero: O ponteiro defletor não ajustado corretamente no zero. Isso causará um erro em qualquer posição do ponteiro. Esse erro pode ser evitado ajustando-se o ponteiro no zero, antes de iniciar qualquer medição. C: Erros de leituras: Devida a diferença no ponteiro; interpolação erros devido a trações grossos nas escala. D: Erros paralaxe: É um tipo de erro de leitura devido ao operado e sua coleção em relação a indicação do ponteiro. Nos aparelhos de precisão, um espelho evita que se comenta esse tipo de erro, pois a leitura só deve ser efetuada quando o ponteiro e sua imagem estiverem coincidindo. E: Erros de atrito: O atrito entre o pivô e a jóia pode fazer com que o ponteiro pare um pouco antes do ponto de leitura correto. Esse é bastante pequeno quando os suportes, ou mancais de suspensão é bem feito e se mantém em boas condições. É um erro que assume bastante importância em instrumentos muito sensíveis. 2.0 : Erro do grupo B São erros proporcionais a deflexão do ponteiro, ou seja, são erros que aumentam com o aumento da deflexão do ponteiro (erros variáveis)
A: Resistências inadequadas: Em voltímetros, amperímetros, etc. B: Resistência Alteradas: pela temperatura. C: efeito da temperatura nas características das molas de restauração: Um aumento da temperatura com que as molas se tornem mais flexíveis e o ponto de equilíbrio do conjunto se verificam para deflexões maiores. D: Efeito da freqüência em instrumentos de CA: Em voltímetros, por exemplo, a freqüência influi na bobina de tensão. 01.8 : Erros absoluto e relativo: A: Erro absoluto (EAAB): O erro absoluto é a diferença algébrica entre o valor indicado no instrumento de uma determinada grandeza (Vm) em seu valor verdadeiro (Vv) EAB = Vm - Vv
a relação entre o B : Erro relativo Er ) verdadeiro : O erro relativo erro absoluto ( EAB ) e o (valor ( Vv ) éda definido grandezacomo medida .
EAB
Para efeito do Er pode-se, na maioria dos casos. Considerar Vm=Vv tendose em conta que estes valores são muito aproximadamente iguais entre si. O erro relativo percentual ou erro percentual (e) tem forma: E = Er * 100
01.9 : Precisão exatidão: 21
Na prática, geralmente empregam-se estes dois termos sem distingui-los, ou seja, sem fazer uma diferenciação de seus significados. Na realidade eles têm significados distintos como veremos a seguir.
Precisão: Características de um instrumento de medição determinada através de um processo estatístico de medições, que exprime o afastamento muito entre as diversas medidas obtidas de uma cada grandeza, em relação a média aritmética dessas medidas. Exatidão: Características de um instrumento de medição que exprime o afastamento entre a medida nele efetuado e o valor de referencia verdadeiro. O valor de exatidão de um instrumento é definido pelos limites de erro da variação na indicação. Um instrumento preciso não é necessariamente exato. A exatidão está relacionada com as características do instrumento, com a forma que foi projetado e construído. A precisão está mais ligada a utilização, ao fato medir grandeza. Para ter-se exatidão em medidas é necessária a precisão, porém, a precisão em fazer tais medidas não garante que estas sejam exatas.
01.10 : Classe de exatidão: Os erros apresentados aqui estão próximos de serem constantes em valor absoluto. Em vista disso, os fabricantes de instrumentos em percentagem da leitura de plena escala. A classe de exatidão é uma classificação de instrumentos de medida para designar a sua exatidão. O numero que designa chama-se índice de classe. A classificação dos instrumentos conforme o índice de classe é: Índice 0.05de Classes 0.1 0.2 0.5 1.0 1.5 2.5 5.0
Limite de erro -0.05% -0.10% -0.20% -0.50% -1.00% -1.50% -2.50% -5.00%
Para a tabela acima um instrumento da classe 0.5 poderá Ter no máximo um erro de –0.50%, isto é se o valor do fim da escala dos instrumentos for de 100V, o erro poderá ser no máximo de 0.5 V, e isto compreendido dentro de toda a sua escala. Portanto o ponteiro do instrumento estiver indicando um valor de 50 V,
22
o erro poderá permanecer na faixa de 49.5 a 50.5 V. Conclui-se que o erro expresso sempre em relação ao valor final da escala ou valor nominal. Segundo a classe de exatidão, existem três grupos de instrumentos: Classificação Laboratório Ensaio Serviço
Índices de classes 0.05 / 0.1 / 0.2 0.50 / 1.0 / 1.5 2.50 / 5.0 / ...
Não existindo indicação do índice de classe o instrumento poderá ser considerado da classe de exatidão de 10%. O erro absoluto é constante ao longo da escala, porem o erro relativo aumenta à medida que a leitura for feita em frações menores de escala. Para melhor esclarecimento, pode-se dizer que os valores percentuais de erro relativo a medida que as leituras são realizadas na parte inicial da escala. Para o cálculo do erro absoluto pode-se empregar a seguinte formula:
Eab
Onde: Eab = erro absoluto expresso na unidade da grandeza medida. G = Valor nominal do instrumento E = erro percentual Exemplo: Supomos que um voltímetro de 150V fim de escala, com classe de exatidão 1.5 e no qual desejamos determinar o erro absoluto no valor de 70V. R: 2.25V Isto significa que o voltímetro estará dentro da sua classe de exatidão se indicar valores na faixa entre 67.75 e 72.25V. Nos instrumentos de medição, classe de exatidão pelo seu índice é indicada na parte inferior da escala. Para instrumentos de índice de classe menor haverá um valor mais elevado da aquisição. quecom a escolha instrumento deverá ser criteriosa. Por exemplo, paraIsto umasignifica finalidade grandedoprecisão o valor do instrumento poderá ser alto. Inversamente economizado na aquisição dos instrumentos, poderá haver ou acidentes no processamento de medição industrial que serão muitas vezes maiores que a economia pretendida.
02.0: Instrumentos de bobina móvel e i mã permanente (BMIP) 02.1: Principio de funcionamento: Os instrumentos de bobina móvel e imã permanente funcionam com base na ação recíproca entre uma bobina, na qual esta circulando uma corrente, e o campo magnético de um imã permanente.
23
Sistema de Ímã permanente (Bobina Móvel)
Um magneto em forma de ferradura é usado para produzir o campo magnético estacionário, ao centro há um núcleo de ferro doce no qual vai enrolado na bobina.
24
02.2: Porque funciona somente em corrente continua: Se aplicarmos uma corrente alternada (CA), a cada vez que a corrente mudar de polaridade, a bobina tentará inverter seu sentido de deflexão. Se a corrente mudar de sentido mais do que algumas vezes por segundo, a bobina não conseguirá segui-la devido a inércia e o ponteiro ficará imobilizado.
25
02.3: Vantagens A: Bastante preciso B: alta sensibilidade C: Baixo consumo próprio D: Amortecimento perfeito, devido as correntes parasitas (carretel de alumínio da bobina). E: São poucas sensíveis aos campos magnéticos externos. 02.4: Desvantagens A: Nãopreço resiste a sobrecarga B: alto C: São instrumentos polarizados D: Só medem grandezas em DC 02.5: Aplicações: São empregados nas medições diretas de corrente e tensão continua de baixos valores, resistências; medições indiretas tais como temperatura, umidade, pressão; medição de corrente e tensão alternada mediante emprego de retificadores.
26
03.0: Instrumentos térmicos: 03.1: Principio de funcionamento: O funcionamento destes instrumentos é baseado no efeito calorífico (Efeito joule), ou seja, uma corrente ao percorrer um condutor aquece esse condutor provocando a dilatação; essa dilatação produz um desvio no ponteiro através de uma transmissão de calor elástica. Primeiramente, vamos colocar um fio fino num circuito elétrico e vamos ligar o circuito em uma fonte DC.
Observando que o condutor ao ser percorrido por uma corrente DC, se aquece e dilata.
Agora vamos inverter o sentido da corrente:
O condutor se aqueceu e dilatou, com isto podemos concluir que há dilatação do condutor independente do sentido da corrente, em outras palavras, podemos ligar tanto em DC ou em CA.
27
Sabemos que a corrente ao percorrer um condutor aquece e se dilata o mesmo. Esta dilatação e proporcional a corrente que percorre o condutor. PEQUENA CORRENTE
PEQUENA DILATAÇÃO
GRANDE CORRENTE
GRANDE DILATAÇÃO
RESUMINDO
03.2: Vantagens: A: medem grandezas elétricas tanto em DC quanto em AC. B: Fácil de fabricação D: São relativos e baratos E: São insensíveis a campo magnéticos externos.
28
03.3: Desvantagens: A: Não são muitos precisos, pois se deixam influenciar pelas variações de: Temperatura ambiente; C: Não resistem à sobre carga D: Alto consumo próprio E: Não conservam calibragem por muito tempo F: Escala não é linear. 03.4: Aplicações: As suas causas são limitadas devido às características acima citadas. São usados em medidas onde não se exigem muita precisão. Atualmente os instrumentos térmicos estão fora de uso e foram substituídos com grande vantagem pelos instrumentos de bobina móvel e ferro móvel.
04.0: Instrumentos de ferro móvel: São também conhecidos como ferromagnéticos e eletromagnéticos.
04.1: Tipos A: atração: Temos uma bobina fixa, que quando percorrida por uma corrente elétrica cria um campo magnético, com as mesmas propriedades do campo magnético de um imã. Havendo dentro deste campo uma peça de ferro móvel esta extraída para a região de maior concentração de linhas. No momento em que a barra de ferro for atraída para o interior da bobina, ela deslocará o ponteiro sobre a escala graduada, marcando o valor da grandeza elétrica.
29
B: Repulsão: São os mais utilizados. Possuem no interior do enrolamento da bobina duas laminas de ferro com formato indicado na fig: abaixo: Quando a bobina for percorrida por uma corrente, o campo magnético produzido pela mesma magnetizará ambas as laminas com a mesma polaridade. Em uma das extremidades teremos pólos “N-N” e na outra, pólos “S-S”. Podemos ver que as lâminas de ferro doce irão se repelir, devido ao principio de que pólos iguais se repelem. A repulsão entre duas lâminas de ferro doce independe do sentido de corrente, por esta razão, esses instrumentos são usados em DC ou AC.
Quando colocado noasinterior de uma terão bobina duas laminas de ferro, com da corrente elétrica, duas lâminas identidade de polarização, isto aé,passagem haverá formação de pólos iguais nos seus extremos. Portanto, as duas lâminas terão a repelir-se, uma vez que, pela lei de atração e repulsão, pólos iguais se repelem. Os instrumentos de medidas elétricas, eletromagnéticos de tipo ferro móvel tem seu principio de funcionamento baseado nessa repulsão que ocorre entre duas lâminas de ferro colocadas dentro de uma bobina.
30
Esses instrumentos apresentam os seguintes componentes básicos:
A – bobina magnetizante; B – placa de ferro fixa; C – placas de ferro móvel; D – ponteiros; E – eixo que interliga a placa móvel e o ponteiro; F – mola que faz o ponteiro retornar a posição de repouso; G – escala graduada;
A figura abaixo é uma forma esquemática do instrumento tipo ferro móvel, onde:
31
A – representa a bobina magnetizante; B – representa a placa de ferro fixa; C – representa a placa de ferro móvel, acoplada ao ponteiro. Observe novamente a figura acrescida da corrente elétrica em circulação: Note que quando a corrente elétrica circula pela bobina A, será formada um campo magnético, que magnetizará as placas B e C. Como estas placas estão alinhadas na mesma direção, elas se magnetizarão com pólos iguais. Por isso a placa móvel C tenderá se afastar (repulsão) da placa fixa B, arrastando consigo o ponteiro.
O afastamento da placa móvel C da placa fixa B será maior ou menor, de acordo com o valor da corrente que estiver circulando pela bobina. Os instrumentos de medida elétrica tipo ferro móvel funcionam tanto em corrente contínua como em corrente alternada.
Corrente contínua 32
Aplicando a regra da mão direita, é possível determinar o sentido do campo magnético, na bobina e, conseqüentemente, as localizações dos pólos norte e sul nas placas; A corrente contínua não muda de sentido. Por causa desses aspectos, quando se aplica uma corrente continua nos instrumentos eletromagnético de medidas elétricas, tipo ferro móvel, ela entra por uma das pontas da bobina e sai pela outra.
Na figura acima a corrente está entrando pela ponta A e saindo pela ponta B. A formação dos pólos se dará de maneira exatamente igual á do desenho:
- Pólo norte na placa fixa e - Pólo norte na placa móvel Veja agora se inverter o sentido da corrente, fazendo entrar pela ponta B.
33
Com a inversão da corrente estamos invertendo também o sentido do campo magnético na bobina, e conseqüentemente, a formação dos pólos nas extremidades das placas, ou seja: - Pólo sul na placa fixa e - Pólo sul na placa móvel.
Corrente alternada A CA inverte o sentido várias vezes durante o percurso. Veja, por exemplo, uma CA de 60 Hz. O seu sentido é invertido 120 vezes durante um segundo. Portanto, quando aplicamos CA, é como se aplicássemos CC, invertendo o sentido muitas vezes. Durante as variações de CA, ocorrem mudanças no sentido do campo magnético formado pela bobina. Conseqüentemente a polaridade das placas também muda. No entanto, formam-se pólos sempre iguais nos extremos das placas fazendo com que, estas tenham a tendência de se repelir mutuamente.
Instrumento Eletromagnético do Tipo Ferro Móvel Voltímetro
Como você pode observar, o instrumento de medida elétrica tipo ferro móvel, quando usado como voltímetro, apresenta os mesmos componentes básicos. Variam apenas as características da bobinas e a escala, que nesse caso, é graduada em volts. Os voltímetros são conectados em paralelo. Por isso, sua bobina deve Ter uma impedância que absorva toda a tensão do ponto a ser medido.
34
Essa absorção deve ocorrer com menor consumo de energia possível – o consumo essencial para magnetizar a bobina. Por essa razão, as bobinas dos voltímetros tipo ferro móvel são confeccionados com muitas espiras em fio fino.
Instrumento Eletromagnético do Tipo Ferro Móvel Amperímetro
Os amperímetros são conectados em série. Por isso, sua bobina não deve ter uma 35
impedância, que absorva parte do potencial da carga.
04.2: Vantagens A: Podem ser utilizados em DC ou AC. simples B: Construção O elementorobusta móvelenão conduz corrente, logo não é danificado por C: sobrecorrente. D: Baixo custo devido a facilidade de produção em serie E: Em DC Apresenta uma precisão de 98% a 99% quando calibrado F: São muitos apropriados como instrumentos de painéis
04.3: Desvantagens: A: São sensíveis a influencia de campos magnéticos externos B: em DC podem apresentar erros devido ao magnetismo residual C: menor precisão, em comparação aos do BMIP. 04.4: Aplicações: São empregados nas medições de corrente e tensão em CA e DC.
36
Megôhmetro (Megger) O megôhmetro é um instrumento de medidas elétricas destinado à medição da resistência de isolamento dos dispositivos ou equipamentos elétricos (motores, transformadores, redes de eletrodutos metálicos, cabos, etc...). Essa resistência de isolamento é normalmente de valores elevados, na ordem de megohms (MΩ). O valor de 1 MΩ = 1.000.000 Ω.
Basicamente, os megôhmetros são constituídos pelos seguintes componentes:
A - Galvanômetro com bobinas cruzadas (A); B - Bobinas móveis cruzadas (B e B1); C - Gerador de CC manual de 500 ou 1000 V (C); D - Regulador de tensão; E - Ponteiro; F - Escala graduada; G - Bornes para conexões externas (L e T); H - Resistores de amortecimento (R e R1).
O funcionamento do megôhmetro é baseado no princípio eletrodinâmico com bobinas cruzadas, tendo como pólo fixo, um imã permanente e como pólos móveis às bobinas B e B1. Quando a manivela do gerador de CC é girada obtêm-se uma tensão de valor variável, de acordo com a velocidade que esteja sendo exercida à manivela. Essa tensão é enviada ao regulador de tensão que a estabiliza em 500 ou 1000 V, sendo enviada aos bornes L e T. Se os bornes L e T estiverem abertos, haverá circulação de corrente somente pela bobina B, que recebe tensão através do resistor de amortecimento R.
37
O campo magnético criado por essa bobina B um deslocamento do conjunto de bobinas móveis, levando o ponteiro para o ponto infinito da escala graduada. Se os bornes L e T estiverem fechados em curto circuito haverá circulação de corrente também pela bobina B1, que receberá tensão através do resistor de amortecimento R1.
O campo magnético criado pela bobina B1 será forte e oposto ao criado pela bobina, o que fará com que o conjunto de bobinas móveis se desloque para outro lado, levando o ponteiro para o ponto zero da escala graduada. Se os bornes L e T forem fechados através de um resistor Rx de valor elevado, a corrente que fluirá pela bobina B1 terá uma intensidade menor, ocasionada pela queda de tensão no resistor Rx.
38
O campo magnético criado pela bobina B1 terá uma intensidade menor, porém ainda em oposição ao campo criado pela bobina B. Nessa situação o conjunto móvel se deslocará levando o ponteiro para um ponto intermediário da escala graduada. Esse ponto intermediário é o valor da resistência ôhmica do resistor Rx. A escala do megôhmetro é graduada em megohms e a sua graduação não é homogênea.
A leitura da escala graduada do megôhmetro é direta, ou seja, basta localizar a posição do ponteiro sobre a escala graduada e fazer a leitura.
-
O ponteiro está localizado sobre o número 20. Portanto, Ri = 20 MΩ.
39
-
O ponteiro está localizado sobre o número 1,4. Portanto, Ri = 1,4 MΩ.
Medição da resistência de isolamento entre a fiação e a tubulação metálica (massa) da instalação elétrica.
O borne T é conectado à tubulação metálica (massa) da instalação elétrica, e o borne L é conectado à fiação da instalação.
40
Volt-Amperímetro Tipo Alicate O amperímetro comum é acoplado ao circuito, quando empregado para medir a corrente elétrica em CA. Podemos efetuar essa mesma medida com um voltamperímetro tipo alicate, sem a necessidade de acoplamento com o circuito, pois esse instrumento é constituído pelo secundário de um transformador de corrente, para captar a corrente do circuito. O volt-amperímetro tipo alicate apresenta os seguintes componentes básicos externos:
A - Gancho (secundário de um TC); B - Gatilho (para abrir o gancho); C - Parafuso de ajuste (para zerar o ponteiro); D - Visor da escala graduada; E - Terminais (para medição de tensão); F - Botão seletor de escala. O volt-amperímetro tipo alicate apresenta os seguintes componentes básicos internos:
41
a - Gancho (bobinado secundário de um TC); b - Retificador; c - Resistor shunt para medições amperimétricas; d - Galvanômetro; e - Terminais; f - Seletor de escala; g - Resistores de amortecimento para medições voltimétricas. princípio funcionamento do volt-amperímetro tipo alicate é docomo tipo bobinaOmóvel com de retificador e é utilizado tanto para medições de tensão de corrente elétrica. Observação: Quando o volt-amperímetro tipo alicate é utilizado na medição de tensão elétrica, funciona exatamente como o multiteste. Na medição da corrente o gancho do instrumento deve abraçar um dos condutores do circuito em que se deseja fazer a medição (seja o circuito trifásico ou monofásico).
O condutor abraçado deve ficar o mais centralizado possível dentro do gancho.
42
O condutor abraçado funciona como o primário do TC e induz uma corrente no secundário (o próprio gancho). Essa corrente secundária é retificada e enviada ao galvanômetro do instrumento, cujo ponteiro indicará, na escala graduada, o valor da corrente no condutor. Os volt-amperímetros tipo alicate não apresentam uma boa precisão no início de sua escala graduada, mesmo assim podem ser empregados nas medições de correntes com baixos valores (menores que 1A). Nesse caso, deve-se passar o condutor duas ou mais vezes pelo gancho do instrumento.
Para sabermos o resultado da medição basta dividirmos o valor lido pelo número de vezes que o condutor estiver passando pelo gancho. Suponha que o instrumento da figura acima esteja indicando uma corrente de 3A. A corrente real que circula no condutor será:
43
PARTE 02: 01.0 : Instrumentos eletrodinâmicos 01.1 : Principio de funcionamento É um instrumento capaz de medir tanto a corrente continua quanto a alternada. O correntes. funcionamento é bastante na ação de duas bobinas através das quais circulam O movimento do conjugado móvel bobina móvel, resulta da interação entre o campo magnético criado pela corrente da bobina fixa e a corrente da bobina móvel. Com a passagem das correntes as bobinas apresentam a mesma polaridade e assim levarão o ponteiro a deflexão por repulsão. A inversão simultânea da corrente nas bobinas variará o sentido da força de interação. Por isso os instrumentos eletrodinâmicos são empregados tanto nos circuitos de corrente continua, como corrente alternada.
O instrumento do tipo eletrodinâmico tem seu principio de funcionamento baseado também na lei de atração e repulsão. O seu principio de funcionamento é semelhante ao do tipo bobina móvel, com as seguintes diferenças: - Na bobina móvel, tínhamos pólos fixos formados por imã permanentes e pólos móveis formados por uma bobina.
- No eletrodinâmico ambos os pólos, fixos e móveis, são formados por bobinas. Esse sistema eletrodinâmico apresenta duas variações:
- Eletrodinâmico simples - Eletrodinâmico de bobinas cruzadas Inicialmente iremos falar do funcionamento dos instrumentos eletrodinâmicos simples. Instrumento eletrodinâmico simples
44
Basicamente, esses instrumentos são compostos de: A – Bobina fixa B – Bobina móvel C – Ponteiro D – Escala graduada
Com a passagem da corrente, as bobinas apresentam polaridades iguais e a bobina móvel se desloca, arrastando consigo o ponteiro. Este, por sua vez, registra um determinado valor na escala graduada. Se ocorrer a inversão de um dos sentidos da corrente, ambas as bobinas invertem ao mesmo tempo suas polaridades. Com esta inversão as condições de repulsão entre as bobinas não se alteram e a deflexão do ponteiro ocorre sempre na mesma direção. Por apresentar esta versatilidade em seu funcionamento, os instrumentos eletrodinâmicos simples podem ser usados tanto para corrente contínua como para a corrente alternada.
Eletrodinâmico com bobinas cruzadas O instrumento eletrodinâmico tipo bobina cruzada são compostos de: A – Bobina móveis cruzada B – Bobina fixa C – Núcleo de ferro
Observe que o princípio de funcionamento eletrodinâmico com bobinas cruzadas é composto de duas bobinas móveis interligadas entre si, cruzadas e colocadas sob influência do campo magnético da bobina fixa.
45
Ao receber tensão, cada uma das bobinas cria campo magnético próprios que interagem e provocam o deslocamento das bobinas móveis, que por sua vez, arrastam o ponteiro a elas acopladas.
O deslocamento das bobinas móveis será para direita ou para esquerda, de acordo com o valor da corrente em cada uma. Porém quando os valores forem iguais, haverá equilíbrio e as bobinas se ajustarão sobre um ponto central, como você pode observar na ilustração anterior. Quando posição não conectados á escala rede, osgraduada. ponteiros deste tipo de instrumento podem tomar qualquer sobre sua Dentre os instrumentos de medição temos os seguintes, que utilizam o princípio de funcionamento eletrodinâmico:
- Wattímetro - Fasímetro e - Megôhmetro
Vantagens: A: Medem grandezas elétricas tanto em DC como em CA B: Boa precisão Desvantagens: A: Elemento móvel conduzindo corrente B: Alto consumo próprio C: Baixa sensibilidade D: Não resistem muito o sobrecarga E: Sensíveis a campos magnéticas externos Aplicações: Os instrumentos eletrodinâmicos podem ser utilizados como amperímetros, voltímetro, frequencímetro e medidores de potência em CA. O emprego mais freqüente é para a medição de potência em CA, como estudado neste capítulo.
46
Como via de regra, nestes instrumentos usa-se o sistema amortecedor pneumático.
01.2 : Wattímetro Eletrodinâmico monofásico: Como a potência de um determinado sistema está diretamente ligada, a intensidade da corrente e tensão, este instrumento possui uma bobina de tensão de corrente, sendo o torque sobre a bobina móvel diretamente proporcional as intensidades e a defasagem entre elas. Devida a disposição destas bobinas o wattímetro é um instrumento capaz de medir a potência ativa de um circuito independente do tipo de carga que esta ligada ao circuito.
A bobina móvel é composta por um fio muito, e possui muitas espiras, colocada no interior da bobina fixa. Como podemos observar a bobina de corrente (FIXA) esta ligada em serie com a carga, enquanto a bobina de tensão ficará em paralelo com a carga. Ligado aligação bobina móvel temos o executado. ponteiro que se deslocará sobre a escala, desde sua seja corretamente Como a deflexão do ponteiro depende do campo magnético criado nas bobinas, e elas estão dispostas de forma que para qualquer sentido de corrente haverá sempre repulsão entre elas, concluirmos que este instrumento pode ser utilizado tanto em DC como em CA.
01.3 : Esquemas de ligação e leitura de instrumentos: A: Wattímetro com escala em divisões.
47
B: wattímetro com escala em Watts
Quando utilizamos wattímetro aconselhável utilizarmos um voltímetro um amperímetro ligado ao ocircuito para épodermos selecionar as escalas de tensãoe e corrente, evitando a ocorrência de erros relativos muitos elevados por utilizarmos a escala do wattímetro muito próximo a do inicio.
01.4 : Representação do wattímetro no circuito:
48
01.5 : Utilização do wattímetro:
02.0 : Medidor de volt-ampere-reativo Eletrodinâmico: 02.1: Introdução: O medidor de volt-ampere-reativo é um instrumento eletrodinâmico que tem a finalidade de medir a potência reativa dos circuitos elétricos e possui o mesmo principio de funcionamento do wattímetro. Entretanto com a bobina de tensão ele possui um circuito defasador, que é composto por uma indutância em série com a bobina de tensão.
Devido a indutância colocada em série com a bobina de tensão o torque sobre esta bobina será proporcional ao campo magnético criado pela componente da corrente da carga que esta defasada de 90 º em relação a tensão. Como a maioria das cargas dos sistemas elétricos tem comportamento indutivo, estando corretamente ligado, o medidor de VAR é projetado para defletir no sentido da escala quando a carga é indutiva. Quando tivermos uma carga capacitiva a sua deflexão será para traz neste caso, devemos inverter a ligação da bobina de tensão ou de corrente para que ele possa defletir corretamente, sempre que a carga é capacitiva.
03.0 : cossifímetro Monofásico 03.1: Introdução:
49
O cossifímetro é um instrumento com a finalidade de medir o fator de potência dos circuitos elétricos. Como o FP é uma função direta da defasagem entre tensão e a corrente, ele deve possuir pelo menos uma bobina de corrente e uma bobina de tensão, sendo o torque sobre as bobinas diretamente proporcionais ás intensidade de campo nas bobinas e a defasagem entre as duas grandezas.
Este instrumento possui junto com a bobina de tensão um circuito defasado composto por um resistir r um indutor, conforme o esquema abaixo. Como o fator de potência dos circuitos elétricos pode Ter comportamento resistido, indutivo ou capacitivo a deflexão do ponteiro pode ocorrer nos dois sentidos da escala. A corrente que circula pelas bobinas de tensão está previamente definitiva por um projeto, sendo que a corrente de carga pode ser variável, desde que, não seja inferior a 30% da corrente do instrumento.
03.2: Esquema de ligação
50
03.3: Representação do cossifímetro no circuito
04.0: Medida de potência em circuitos trifásicos. 04.1: Medida de potência trifásica utilizando um wattímetro monofásico. Este método de medida de potência só poderá ser utilizado em circuitos trifásicos, para sistemas equilibrados, porque quando temos um sistema equilibrado as impedâncias são iguais, consequentemente terão a mesma potência dissipada em todos os ramos.
A : Carga ligada em estrela de 4 fios equilibrada.
Potência lida no wattímetro Potência lida no wattímetro
51
Desde que a corrente na bobina de corrente do instrumento é a corrente de uma fase e a tensão da bobina de tensão é a tensão dessa fase, a leitura do wattímetro representa a potência dessa fase. Como a carga e equilibrada, a potência do sistema é três vezes o valor da leitura. Evidentemente, se dispuser de três wattímetros e for instalado um em cada fase, a soma das leituras também dá a leitura procurada.
B: Carga ligada em estrela de três fios com ponto comum acessível.
Sendo utilizado equilibrado, ele terá o mesmo comportamento do circuito a 4 fios. Logo as tensões e as correntes sobre as impedâncias são, Iguais e a somatória das correspondentes no ponto “O” é igual a zero.
C: Carga equilibrada ligada em triângulo.
52
04.2: Método dos dois wattímetros. Este método de medida pode ser utilizado para qualquer sistema trifásico a três condutores equilibrados ou desequilibrado; em triângulos ou estrela. Por este método a potência trifásica é determinada pela soma das duas potências ligadas nos wattímetros. Os dois wattímetros podem ser instalados conforme um dos esquemas seguintes.
A potência total trifásica será a soma algébrica das potências lidas em cada um dos wattímetros. Considerando a conexão B: P3∅ = Wa + Wc Através da leitura feita dos wattímetros podemos determinar a potência reativa do circuito e de posse destas duas potências podemos determinar o fator de potência do circuito.
Para a seqüência positiva:
53
Para seqüência negativa, basta trocar a ordem dos wattímetros Wa, Wb e Wc. A importância prática de colocar a o ponto “0” em qualquer das três linhas reside no fato de permitir o uso de, apenas, dos wattímetros na medida do sistema trifásico.
04.3: Determinação do fator de potência utilizando os dois wattímetros.
05.0: Transformadores para instrumentos de medidas. Em circuitos de alta tensão e de intensidade de corrente muito elevado, não e praticável a ligação dos instrumentos diretamente a linha á linha por isso usa-se os transformadores de medidas. Há duas vantagens básicas apresentadas pela utilização dos instrumentos de medidas através dos transformadores. Primário, pode-se utilizar instrumentos com escalas padronizadas por um campo muito vasto de medidas aetensão em segundo lugar evita-se que o risco operador manuseie instrumentos submetidos muito elevados, diminuindo de acidentes.
Os transformadores de instrumentos são classificados de modo geral, em dois tipos: A: transformadores de potencial. B: Transformadores de corrente. O transformador de potencial tem seu secundário ligado um ou vários voltímetros e as bobinas de tensão de outros instrumentos. O transformador de corrente tem o seu secundário ligado a um ou vários amperímetros e as bobinas de corrente de outros instrumentos. O transformador de potencial tem seu secundário ligado a um ou vários voltímetros e as bobinas de tensão de outros instrumentos. O transformador de corrente tem seu secundário ligado a um ou vários amperímetros e as bobinas de corrente de outros instrumentos. Os transformadores de medidas podem ser utilizados em voltímetros, amperímetros, fasímetro, medidores de VAR, wattímetro e também podem ser ligados a dispositivos de proteção a regulação, como também em dispositivos de controle.
05.1: transformadores de corrente (TC). Os transformadores de corrente para a medição são utilizados para medir a corrente em uma linha de corrente alternada, cuja intensidade é muito elevada e desejamos utilizar um instrumento de escala padronizada. O enrolamento primário
54
do TC é ligado em série com a linha, e o secundário fechado em curto circuito, ou através de um amperímetro ou bobina de corrente de outros instrumentos. Como o secundário do TC está em curto ou possui uma impedância muito pequena a ele ligada, a tensão do secundário será muito pequena, então, o fluxo mútuo e a corrente de magnetização também serão muito pequenas e os efeitos de saturação serão minimizados. Se o transformador for removido do secundário do TC, ficando o trafo em aberto, não haverá oposição a passagem do fluxo magnético. Consequentemente, o fluxo nos núcleos atingirá valores muito elevados e, tendo em vista que ele é um transformador, as tensões nos seus terminais atingirão valores perigosos. Por isso e para a proteção do operador o secundário do TC jamais deve ficar aberto quando ele estiver energizado. (Geralmente existe uma chave de curto circuito que só é aberta quando o amperímetro estiver colocado) . A corrente no secundário do TC é determinada pela corrente que circula no primário, sendo que o valor desta corrente é de acordo com o que a carga solicita. Os transformadores de corrente possuem sempre a corrente no primário T1 maior que a corrente no secundário I2 sendo por isto considerando, na pratica, como rebaixador de corrente. O transformador de corrente pode ser considerado como uma fonte de corrente, pois ele procura manter constante a corrente do secundário, independente da impedância a ele ligado. As relações de transformação de corrente para TC’s comerciais são estabelecidas por norma, de acordo com a sua utilização.
05.2: Tipos de transformadores de corrente: A: Portátil (abrigado) B: Enrolado C: Janela (com ou sem barra primária) D: Ao tempo (desabrigado). 05.3: esquema de ligação de um TC ao circuito.
55
05.4: transformador de potencial (TP). A teoria de funcionamento do TP é a mesma para o transformador de força. A diferença básica entre eles é que o TP transfere uma potência menor para o secundário. E aceitável fazer uma comparação entre o TP e o trafo de força, pois ambos tem a mesma relação de transformação: Como a energia elétrica a ser transferida do primário para o secundário no TP é bem menor, a corrente será muito pequena. Logo, possuirá maior numero de espiras fazendo com que o trafo funcione com menor densidade de fluxo magnético e, consequentemente, seu núcleo será menor do que o do trafo de força para a mesma relação de transformação. O secundário do TP deve ser aterrado que se por ventura houver o rompimento do isolante, o operador não fica sujeito a alta tensão.
05.5: Esquema de ligação do TP ao circuito.
05.6: Cuidados na utilização do TC e TP. TC A: O TC, quando energizado não [pode Ter o seu secundário aberto, pois, caso isto aconteça o operador corre perigo de vida e o equipamento será danificado]. B: Quando for necessária a retirada do instrumento ligado ao seu secundário do TC, devemos curto-circuitar os seus terminais para depois retirar o instrumento. C: O número de instrumentos ligados ao secundário do TC é limitado pela tensão em seus terminais e pela potência que ele pode fornecer, que é sempre muito pequena. TP A: O secundário do TP jamais poderá ser curto circuitado, pois isto provocará uma elevação muito grande na corrente, danificando-o . O seu secundário deve ser sempre ser ligado a bobina de tensão dos instrumentos ou permanentemente aberto. 56
B: O número de instrumentos que pode ser ligado ao secundário do TP é limitado pela potência que ele fornecerá. Observações: 1.0: O TP possui este nome porque ele transforma os níveis de tensão, mantendo a tensão secundária praticamente constante dentro dos seus limites, independente da carga. 2.0: O TC possui este nome porque apenas transforma, níveis de corrente, mantendo-se constante no secundário mesmo quando ocorre variação da impedância no seu secundário. O valor da corrente no secundário só varia se houver uma variação de corrente no primário. 6.0: Rigidez dielétrica de óleos isolante. O poder dielétrico ou a rigidez dielétrica é a medida da capacidade do óleo de resistir às tensões elétricas. É expresso pela máxima tensão que se pode aplicar sem que haja descargas desrruptivas entre os eletrodos de dimensões e distancias de separação especificadas quando imersos no óleo. A descarga desrruptiva se identifica pela formação de um arco entre eles. A tensão desrruptiva depende da forma e dimensões dos eletrodos e da distância entre eles e das condições de ensaio.
06.1: Características dos óleos isolantes. 1.0 : Umidade. A água, por menor que seja a quantidade em suspensão no óleo, reduz consideravelmente a sua capacidade de suportar tensões sobre ele aplicada. Por este fato é imprescindível evitar qualquer contaminação do óleo com a água, quer em serviço, quer durante o armazenamento. Deve separar-se do óleo a água ou qualquer impureza que por ventura exista misturada ou possam penetrar nos trafos e chaves onde ele está sendo utilizado. Para que suas propriedades sejam mantidas por um longo tempo.
2.0 : Viscosidade. Os óleos para trafos, chaves e disjuntores devem ser pouco viscosos para que possam circular mais rapidamente dissipando melhor calor e também podem atuar na exatidão do arco elétrico na operação dos disjuntores. Sendo o óleo pouco viscoso ele não impede a movimentação das partes móveis das chaves e disjuntores.
3.0 : Resistência à exatidão. Os óleos dielétricos devem ter alta estabilidade á oxidação para evitar a formação de ácidos e borras, produtos estes altamente danosos ao equipamento. A borra prejudica o resfriamento e o isolante, e os ácidos contaminam a atmosfera sobre o óleo e o aumento da corrosão. 57
06.2: Amostras de óleos dielétricos. Cuidados especiais devem ser tomados na retirada das amostras para analise, para que não sejam contaminadas. Devemos utilizar recipiente de vidro, devidamente limpos e secos, de preferência com rolha de vidro e na folha desta pode-se usar uma cortiça recoberta com estanho com estanho ou folhas de alumínio. A rolha de ser de plástico. Quando fizermos a retirada do óleo devemos deixar escorrer um pouco antes de recolhermos a amostra a fim de limpar o bico da drenagem. As amostras devem ser envoltas em papel opção, a fim de proteger o óleo da ação da luz. A amostras devem ser rotuladas com os seguintes dados:
A. marca do trafo B. óleo usado C. tempo de uso D. potência do trafo E. nome e endereço do local onde o trafo está instalado 06. Recuperação do óleo: Quando for economicamente viável a recuperação do óleo esta pode ser feita pelos seguintes processos: A. filtração ou tratamento a vácuo B. centrifugação
06.4: medidor de rigidez dielétrica de óleos isolante. Estes aparelhos são basicamente construídos para produzir uma elevação de tensão em seus terminais. Onde estão ligados os eletrodos e não normalmente constituído de: 1.0. Um auto trafo a ser ligado a rede e cuja tensão de saída pode variar continuamente a partir de zero. 2.0. Um trafo elevador cujo primário é ligado ao secundário do auto-trafo e o secundário é ligado aos eletrodos. 3.0. Um voltímetro que indicará o valor da tensão desrruptiva. 4.0. Proteção através de fusíveis e disjuntores. 5.0. Recipiente de ensaio (cuba) de material isolante e inatacável pela gasolina ou benzina.
58
06.5: Método de ensaio: 1.0 Limpar a cuba e os eletrodos com camurça ou papel e lavá-los com benzina ou gasolina ate que fique isentos de fibras. 2.0 Ajustar a distância da cuba e do óleo para o valor correspondente ao sistema de ensaio. 3.0 A temperatura da cuba e do óleo devem estar entre 20º a 30ºC e a de ambos devem ser a mesma. Para temperaturas fora destes limites os resultados não serão os corretos. 4.0 Colocar o óleo na cuba ate cobrir complemente os eletrodos. (O nível normalmente vem indicado no recipiente ) 5.0 Agitar o óleo em movimento circular a fim de que ele seja homogêneo antes de ensaio. Isto é fundamental em óleos já utilizados, pois as impurezas rendem a depositarem-se no fundo durante o ensaio. 6.0 Aguardar inicialmente três minutos antes de começar a variação de tensão 7.0 paraReproduzir que as bolhas de ar sejam eliminadas a variação de tensão na ordem de 3Kv por segundo ate que se verifique uma descarga continua a qual segue-se o desligamento automático do aparelho. Desprezar as descargas ocasionais e momentâneas se possa verificar. 8.0 Após cada descarga deve ser suavemente agitado para afastar as partículas de carvão, mas com cuidado para não introduzir bolhas de ar novamente no óleo. Aguardar durante um minuto entre operações de prova. 9.0 Realizar cinco ensaios consecutivos com intervalos de um minuto para a mesma amostra. Após estes cinco ensaios o óleo deve ser renovado. Continuar o ensaio ate que de três séries de cinco ensaios não apresente uma diferença maior que 10%.
59
06.6: Tabela constante “C”
Tipos de eletrodos: 1.0 2.0
CEB ELETRODO ESFÉRICO COM DIAMETRO DE 10.0mm USE/A ELETRODO ESFÉRICO COM DIAMETRO DE 12.5 mm SE 3.0 BSS ELETRODO ESFÉRICO COM DIAMETRO DE 13.0 mm 4.0 VDE CALOTA ESFÉRICA COM DIAMETRO DE 50.0 mm E RAIO DE 25.0mm 5.0 ASA PLACAS PLANAS COM DIAMETRO DE 1.0 mm
Observação: Para placas planas de 1”de diâmetro e afastamento de 0.1”, o valor mínimo para ocorrer a tensão desrruptiva e de 22 KV.
07.0 Frequencímetro. A medição da freqüência da corrente alternada pode efetuar-se por comparação com uma ou outra freqüência conhecida e através de métodos denominados de ressonância. Os métodos comparativos são variados e de atenção a medidas de laboratórios. Os métodos de ressonância são usados na industria e nas aplicações comuns, permitindo os instrumentos deste tipo realizar leituras diretas.
07.1 frequencímetro eletrodinâmicos. Os frequencímetro eletrodinâmicos são construídos com circuitos eletricamente ressonantes. Como regra geral possuem dois circuitos sintonizados: um deles em uma freqüência menor que pode indicar o instrumento, estando o segundo circuito, em uma freqüência ligeiramente superior á máxima. Estes sistemas ressonantes são combinados com sistemas eletrodinâmicos de bobina cruzadas. Funcionam baseados no fato de que a corrente que circula através de uma reatância diminui ao aumentar a freqüência, ao passo que aumenta ao circular por uma reatância capacitiva.
60
07.2 Freqüência de lingüeta vibratória. Estes instrumentos baseiam-se em um princípio de ressonância mecânica.
61
A ressonância entre os períodos dos momentos vibratórios de um determinado corpo, o que é próprio dos momentos vibratórios de um determinado corpo, o que lhe é o próprio e o ele recebe isto é movimentos de vibrações forçadas cuja amplitude é a máxima. Assim, por um percurso qualquer, criam-se outros movimentos oscilatórios de igual freqüência, denominando-se excitador ao primeiro sistema e ressonância ao segundo. Uma lâmina de aço submetida á influencia de um campo magnético alternado vibrará com amplitude máxima quando a freqüência de campo magnético coincida com a freqüência própria da ressonância da lingüeta. Baseado neste principio constroem-se frequencímetro denominados de lingüetas vibratórias as lingüetas destes instrumentos possuem as extremidades anteriores dobradas e de cor branca, ajustando-se mecanicamente para que possuam diferentes freqüências de oscilações própria, dispondo-se uma ao lado da a outra. Se forem excitadas mediante um campo alternado de um eletroímã por ressonância, oscilará com o máximo de intensidade a lingüeta, cuja freqüência própria coincida com a corrente excitante. Estes frequencímetro devido a sua construção simples e a sua exatidão (tolerância entre 0.3 a 0.5 %) são os mais empregados, tanto no campo como laboratório. Ajustagem dos aparelhos de lingüeta é relativamente simples, apresentado, porém o inconveniente de desajustes quando o aço empregado na confecção das lingüetas não é de ótima qualidade e não é submetido a tratamento térmico.
08.0 ponte de WHEATSTONE. É um instrumento que serve para diminuir o valor de resistência desconhecida com grande precisão.
08.3 Principio de funcionamento. R1 e R2 Resistência fixa e de valor conhecido R3 Resistência variável Rx Resistência desconhecida G Galvanômetro V Bateria
62
08.3 Principio de funcionamento 1.0 Para que a ponte esteja em equilíbrio I0=0 2.0 Para que o Ig seja igual a zero é necessário que o Vcd = 0 3.0 Para que a tensão Vcd=0 temos, que ter a queda de tensão Vac=Vad e Vcb=Vdb.
63
09.0 luxímetro. É um instrumento que se destina o nível de iluminamento (lux) em ambientes abertos ou fechados onde existe iluminação natural e / ou artificial.
09.2 Fotocélula. 09.3 Tipos de levantamentos.
1.0.
Geral;
É feita uma medida a cada M2 com a fotocélula a 85 cm do piso. Depois é feita a média das leituras efetuadas. 4.0 Local de t rabalho; A medida é efetuada sobre o local de trabalho. Pode-se também fazer uma media das leituras efetuadas. Obs: Em ambos os casos devemos verificar se os valores obtidos estão de acordo com os previsto em norma.
64
