instrumentos[1]

Livro didático

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PORTUGUÊS

Medições elétricas

IMTEL007-GBE

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00

Propósito e objetivos deste livro didático

No final deste curso de treinamento, o aluno será capaz de:

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Este livro didático visa apresentar diferentes instrumentos de medição de tensão, corrente e resistência, os princípios físicos sob os quais eles funcionam e os procedimentos para realizar medições.

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Aprender os recursos dos instrumentos de medição elétrica.

Conhecer os conceitos básicos sobre medições elétricas.

Analisar os diferentes tipos de medidas elétricas.

É importante compreender as conseqüências que a não atenção aos conceitos e princípios explicados neste livro

didático podem implicar em termos de saúde, segurança e meio ambiente e a qualidade final do produto.

Como usar este livro didático/

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Este livro didático mostra os diferentes instrumentos usados para medir tensão, corrente e resistência.

Neste livro didático, o aluno poderá encontrar uma explicação detalhada dos instrumentos e procedimentos de medição, bem como as atividades planejadas para reforçar a compreensão dos diferentes tópicos.

3 189

CAPÍTULO 1 5

Introdução às medições elétricas

CAPÍTULO 3 38

O multímetro

CAPÍTULO 4 85

Medição da potência

CAPÍTULO 5 103

Medição da resistência e do isolamento

CAPÍTULO 6 126

Testes de isolamento

CAPÍTULO 7 153

Medição da capacitância e da indutância

CAPÍTULO 8 161

Medição do campo magnético e da freqüência

CAPÍTULO 9 165

Operação do aparelho de medição elétrica

APÊNDICE 182

CAPÍTULO 2 26

Medição da tensão e da intensidade da corrente

Como usar este livro didático

Este livro didático possui pequenos símbolos que são repetidos em cada capítulo e constituem uma forma de organizar as informações para tornar a leitura mais fácil e mais dinâmica. Estes símbolos são chamados ícones.

/

ATIVIDADEAssinala o início de um

exercício para reforçar o aprendizado.

EXEMPLOIlustra com situações reais os

tópicos que estão sendo abordados.

GLOSSÁRIOExplica os termos e acrônimos.

LEMBRETEReforça um conceito

visto anteriormente no texto do livro didático.

APÊNDICEExpande os conceitos

FIM DO Livro DidáticoAssinala o fim do

livro didático.

EXAME FINALAssinala o início da avaliação

final.

FIM DO CAPÍTULOAssinala o fim do

capítulo.

NOTADestaca conceitos

importantes.

MANUTENÇÃODestaca os procedimentos de

manutenção necessários.

PERGUNTASApresenta perguntas

estimulantes.

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Abaixo são apresentadas descrições de como se usa cada ícone (isto é, quando e onde eles podem aparecer):

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Introdução às medições elétricas

1

Este capítulo mostra os princípios básicos do aparelho de medição elétrica e os diferentes conceitos pertinentes.

12

5 189

TÓPICOS DO CAPÍTULO 1

24

15

61.1 Conceitos gerais

1.2 Sistemas de unidades

1.3 Princípios aplicáveis às técnicas de medição

1.4 Métodos de medição

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O dispositivo de medição (conhecido também como aparato ou equipamento de medição) é o conjunto de todos os componentes com os quais é aplicado um método de medição, com base em um determinado princípio. Se o dispositivo possuir apenas um componente, é denominado instrumento de medição.

1. Introdução às medições elétricas 6 189

Conceitos gerais1.1

Medição é a ação de registrar numericamente quantidades cujo conhecimento seja importante, por exemplo, para estudos científicos, em reparos para instalação, em produção e distribuição de bens ou energia.

Medir significa comparar a quantidade correspondente com uma unidade adequada.

Em métodos de medição, determinadas propriedades ou efeitos do objeto medido são utilizados para relacionar a quantidade correspondente a uma unidade definida ou a um ou vários valores predefinidos, no dispositivo de medição adequado configurado para este fim.

Medição

Valor da medição

O termo instrumento de medição refere-se também às partes de um dispositivo que forem decisivas para as propriedades de medição (amplificador de medição, transformador de corrente, padrões, etc).Os componentes restantes de um dispositivo de medição que não forem decisivos para as propriedades de medição, tais como fonte de alimentação, elementos de ajuste, amplificadores de valor zero, condutores de ligação, etc. são denominados conjuntos auxiliares (acessórios).Os componentes de um dispositivo de medição que podem ser diferenciados por sua função (detectores, elementos de transformação, elementos de fabricação, emissores) nem sempre são partes separadas do aparelho.

Entre os diferentes componentes de um dispositivo de medição, não necessariamente os sinais de medição transmitidos precisam ser equivalentes a quantidade medida do ponto de vista físico. Exemplo disto é a medição de um torque mecanico que pode ser medido por uma corrente que passa por um transdutor. Ou uma corrente na saida de uma amplificador proporcional a uma tensão medida na entrada. Etc.

É o ato de medir uma quantidade física, química, elétrica ou de qualquer outro componente que se necessite ter uma referência para futuras comparações.

É a medição determinada com a ajuda de um dispositivo adequado. Ele é expresso como um valor numérico pela unidade correspondente.

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Conceitos gerais1. Introdução às medições elétricas 7 189

Um valor de medição determinado por um instrumento de medição não está livre de erros.

Nestas medições, o valor de qualquer medição pode ser continuamente representado e registrado dentro da margem esperada. Portanto, o sinal da medição pode assumir qualquer valor dentro da margem de sinais, correspondendo à margem de medição.

Nestas medições, poderão ser apresentados valores de medição discretos de forma separada e descontínua com uma sutil graduação. O valor da medição é encontrado pela soma da valores parciais e é exibido por displays ou por impressoras. Como a maioria das medições pode variar continuamente, primeiro elas devem ser quantificadas, isto é, divididas em etapas às quais tiver sido atribuído um sinal de medição discreto.

Medições analógicas Medições digitais

O erro é expresso nas unidades de quantidade correspondentes (erro absoluto) ou como uma porcentagem de um valor de referência (erro relativo) da margem de medição ou do valor teórico.Os limites de erro na técnica de medição são os desvios extremos, sejam eles combinados ou garantidos, para mais ou para menos, da indicação correta ou valor predeterminado. A exatidão alcançável da medição depende, acima de tudo, do instrumento utilizado, mas também da composição e operação de todo o dispositivo de medição.

Nem sempre é aconselhável tentar alcançar a exatidão mais alta possível. Em geral, se o aparelho de medição for mais caro, será de melhor qualidade; no entanto, ele também é mais sensível a perturbações. Além disso, é necessário dar atenção especial ao manuseio de um dispositivo caro e à leitura dos valores indicados se a intenção for realmente beneficiar-se de seus recursos.

NOTA

A exatidão dos métodos de medição digital depende totalmente do grau de aprimoramento das escalas de quantificação, sendo que medições mais precisas podem ser obtidas com aparelhos mais dispendiosos.

A diferença entre o valor medido e o valor real é denominada erro.

A principal vantagem dos métodos de medição digital é a possibilidade do armazenamento de sinais de medição quantificados e de seu processamento sem causar erros adicionais.

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Para exatidão da medição, as chamadas quantidades de influência são muito importantes. Estas são quantidades físicas variáveis que influenciam a relação entre variáveis de entrada e de saída dentro de um sistema de medição.


LEMBRETE

Quando forem fornecidos dados quantitativos, deverá ser evitado o termo exatidão de medição. Nestes casos, é aconselhável usar somente os conceitos de incerteza de medição, tolerância ou limites de erro.

As quantidades de influência mais importantes são as seguintes:

• Temperatura• Umidade• Pressão do ar• Posição• Vibrações• Campos de ruído• Tensão da rede

elétrica• Freqüência da rede

elétrica• Corrente de

dispersãoInfluência é o resultado de alterações na variável da quantidade de saída, conseqüência de um desvio em relação a seu valor nominal, quando os valores nominais de todas as outras quantidades permanecerem inalteradas.

Os valores ou margens nominais freqüentemente são indicados para diferentes quantidades de influência; isto significa que se estas condições nominais forem observadas, serão aplicados os limites de erro garantidos pelo fabricante do aparelho.

Para estas normas VDE 0414, foram estabelecidos os sinais de classe K1 0,1, K1 0,2, K1 0,5, K1 1 e K1 3 para transformadores de instrumento; para transformadores de corrente de grande escala, é incluída a designação adicional G.

Normas para transformadores de instrumento

De acordo com as normas VDE 0410 (cuja validade não se aplica a dispositivos eletrônicos), poderá ser fornecido um sinal de classe para indicação e registro de sistemas de medição elétrica emissores de contato ou uma parte deles, desde que os erros relativos e as influências em condições de teste predeterminadas permaneçam dentro de certos limites.•Instrumentos de painel: 1, 1,5, 2,5, e 5.•Instrumentos de medição de precisão: 0,1, 0,2 e 0,5. •Resistências substituíveis em série e em paralelo: 0,05, 0,1, 0,2 e 0,5 (sua classe deve ser melhor que a do instrumento correspondente). Estes números fixam os limites que o erro de leitura relativo não deve ultrapassar dentro da margem de medição.

Normas para aparelho de medição elétrica

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(De um indicador ou dispositivo de registro). Isto resulta da faixa de medição de valores, dentro da qual o dispositivo observa os limites de erro definidos pela classe correspondente.


A escala de um instrumento pode ser projetada para a margem de medição, ao Passo que o sistema é dimensionado e ajustado de acordo com a margem de sinalização predeterminada pelo circuito externo.

Margem de medição

Margem de leitura Engloba toda a escala do instrumento; ela pode ser mais ampla que a margem de medição, por exemplo, no início da escala, quando o recurso for não-linear, ou em seu final, no caso de margens de sobrecarga.

Margem de sinalização Corresponde à variável de entrada elétrica em um instrumento de medição. Ela pode diferir da margem de medição em dispositivos com resistências em série e em paralelo, transformadores de instrumento, ou amplificadores de medição.

Corresponde ao aparelho de medição; a sensibilidade é originada na relação entre as variações de leitura (porém não o ângulo de deflexão) e a alteração da medição causada por estas variações de leitura. Na maioria dos casos, a maior sensibilidade deve-se ao menor consumo de energia do aparelho.

Variação da medição que causa – por reprodução – mínima alteração significativa na leitura. Os dados sobre estes valores geralmente são demasiado ambíguos na maioria dos casos.

Sensibilidade

Limiar de medição ou valor de resposta

Ponto zero mecânico É ponto indicado pelo ponteiro do instrumento de medição em um estado ocioso. Ele não deve ser necessariamente um ponto na escala. O zero na escala não deve necessariamente coincidir com o ponto zero mecânico.

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GLOSSÁRIO

Registro: sinônimo de exame, identificação, inserção, etc. Tecnicamente falando, diferentes quantidades são medidas e, em seguida, anotadas. A ação de anotar medições cronologicamente e em seqüência é denominada registro. A obtenção destes valores na unidade de tempo resulta em gráficos do componente medido. Estes gráficos são armazenados para estudos subseqüentes, como análise, estatística, etc., os quais, por sua vez, serão utilizados mais tarde para tirar as conclusões necessárias.

Representação gráfica: esboço, desenho, traçado. Tecnicamente falando, trata-se da ação de representar em um gráfico os valores medidos. Por exemplo, os valores da tensão de linha são obtidos em diferentes horas do dia durante um mês e, em seguida, - representados em papel – é possível ver o gráfico que ilustra o comportamento do sinal com todas as suas variantes. Isto faz com estes gráficos sejam salvos ou armazenados para a tomada de conclusões no futuro, de forma comparativa.

Salvamento: armazenagem, preservação, guarda. Para estudos subseqüentes, é necessário salvar os gráficos de uma forma prática e simples para seu fácil reconhecimento e comparação. É aconselhável também haver a capacidade de se reunir o maior número possível de valores no menor espaço possível disponível, para que eles possam ser comparados com o menor esforço.

Capacidade: espaço disponível, suficiência, ter o espaço e a maneira adequados para receber as informações enviadas sem nenhuma dificuldade. Ou seja, ser capaz de armazenar os valores e depois localizá-los facilmente para trabalho no futuro.

O consumo de energia de um instrumento de resultado da medição da potência absorvida em condições de teste, pela portadora de sinal do sistema de medição e resistências em série e em paralelo incorporadas.

A capacidade de sobrecarga instantânea pode ser verificada por meio de um breve impulso de corrente (que tem aproximadamente a mesma duração do tempo de ajuste), com o dobro do valor final da margem de medição no caso de instrumentos de precisão. Ela tem o dobro desse valor final no caso de instrumentos de painel e o circuito voltimétrico. Não circuito amperimétrico, ela possui dez vezes o valor extremo da margem de medição. Após esta carga, a deflexão zero do ponto deve ser de 0,5%, como um valor máximo da extensão da escala e as condições da classe correspondente devem permanecer inalteradas.

Deve ser levado em consideração o consumo de energia em todas as medições precisas.

NOTA

A capacidade de sobrecarga permanente de um instrumento de medição geralmente equivale – dentro de uma faixa de temperatura de operação e sob condições nominais – ao valor final da margem de medição e à temperatura nominal daquele valor multiplicado por 1,2.

As partes de um instrumento de medição sujeitas a tensão devem ser isoladas umas das outras e do exterior, em relação à tensão de operação (tensão nominal) do circuito de medição. Para as tensões nominais costumeiras, foram fixados valores de teste, com os quais o isolamento poderá ser verificado.

NOTA

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ATIVIDADE

Valor de resposta

Instrumento de medição

Foram apresentados os conceitos gerais a respeito dos instrumentos de medição.

Ligar o conceito à definição correspondente usando setas.

Margem de medição

Valor de medição

Ponto zero mecânico

Erro

Dispositivo de medição

Valor registrado pelo aparelho de medição em seu estado ocioso.

Componente com o qual é aplicado um método de medição com base em um determinado princípio.

Conjunto de componentes cujo método de medição tem por base um determinado princípio.

Pode ser obtido com ajuda do dispositivo adequado.

Faixa de valores dentro das quais o aparelho opera de acordo com os limites de erro atribuídos a cada classe.

Variação de medição que causa uma alteração notável, embora mínima, na leitura.

Diferença entre o valor medido e o valor real.

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Sistemas de unidades1.2

Sistema Internacional de Unidades (SI)

As seguintes quantidades e unidades foram obtidas com base no Sistema Internacional:

O sistema parcial baseado nas quatro unidades fundamentais - m, kg, s e A – é denominado MKSA ou sistema Georgi.

NOTA

Sistema Técnico de Medição

As seguintes quantidades e unidades fundamentais são definidas no Sistema Técnico:

Os sistemas de unidades consistem em um determinado número de unidades de base definidas de forma independente, das quais podem ser originadas outras.

Metro (m)Comprimento

Quilograma (kg)

Massa

Segundo (s)

Tempo

Ampère (A)

Kelvin (K)Temperatura

Candela (Cd)Intensidade luminosa

Intensidade da corrente elétrica

Metro (m)

Quilograma-força (kgf) ou Kilopond (kp)

Força

Segundo (s)Tempo

Comprimento

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Sistemas de unidades1. Introdução às medições elétricas 13 189

Sistema Físico (CGS)

O Sistema Físico (CGS) baseia-se em três unidades fundamentais: centímetro, grama e segundo.

As unidades eletrostáticas e eletromagnéticas do sistema CGS são derivadas separadamente das unidades de base com ajuda das leis de Coulomb.

Coloque as seguintes unidades nos quadros correspondentes.

Sistema Técnico de Medição

Sistema Internacional

ATIVIDADE

Sistema Físico

m, kgf, s, cm, kg, A, cd, K, g, kp

O sistema eletrostático é derivado da seguinte equação:

O sistema eletromagnético é derivado da seguinte equação:

F= .

Q1 . Q2

r2

F= .

m1 . m2r2

Sendo: F: ForçaQ: Carga elétricam: Intensidade do campo magnéticor: Distância que separa as cargas ou dipolos magnéticos

1

2

3

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Sistemas de unidades1. Introdução às medições elétricas 14 189

Unidades elétricas e magnéticas

Tabela 4: Unidades elétricas e magnéticas

Quantidade e símbolo

Unidade prática Uma unidade prática é equivalente a:

Nome da unidade

eletromagnéticaUnidades

eletrostáticas

Unidades eletromagné-

ticasNome Abreviatur

a

109

1) Velocidade da luz no vácuo c ~ 3,1010 cm/s. ~

Condutância elétrica siemens S 9 . 1011 10-9

Tensão volt V 1/3 . 10-2 108

Capacitância elétrica farad F 9 . 1011 10-8

Indutância henry H 1/9 . 10-11 109

ergEnergia / Trabalho joule J ; Ws 107 107

Intensidade do campo elétrico

volt/m V / m 1/3 .10-4 106

Densidade da corrente elétrica

ampère/m2 A / m2 12 . 105 4 .10-5

Condutividade elétrica siemens/m S / m2 9 . 109 1011

Intensidade do campo magnético

ampère/m A / m 12 . 107 4 .10-3 oersted

Força magnetomotiva ampère A 12 . 109 0,4 gilbert

Intensidade da corrente elétrica

ampère A 3 . 109 10-1

Resistência elétrica ohm 1/9 . 10-11 109

coulomb ampère segundo

C ; As 3 . 109 10-1Carga elétrica

Fluxo magnético weber Wb ; Vs 1/3 . 10-2 108 maxwell

erg/sPotência watt W ; Va 107 107

dinaForça Joule/m J ; m 105 105

Deslocamento elétrico coulomb/m2 C / m2 12 . 105 4 .10-5

Resistência específica ohm/m / m2 1/9 . 109 1011

Corrente magnética ampère A 3 . 109 10-1

Indução magnética weber/m2 Wb / m2 1/3 . 10-4 10-14 gau

Condutividade magnética

henry H 1/9 . 10-11 109

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Princípios aplicáveis às técnicas de medição

1.3

Forças eletrostáticas entre cargas elétricas

EXEMPLO

O fluxo de elétrons proveniente de uma válvula amplificadora pode ser regulado por meio da interação existente entre os campos elétricos e as portadoras de carga, neste caso os elétrons livres.

Como é o caso de elétrons, as radiações corpusculares podem também ser influenciadas por campos elétricos.

Descarga elétrica em gases

Quando houver uma descarga elétrica em um gás, em princípio, as moléculas ionizadas existentes são aceleradas pelo efeito do campo elétrico.

Dependendo da intensidade do campo elétrico, da pressão e do tipo de gás, as moléculas ionizadas acima mencionadas (íons) podem ionizar outras moléculas sucessivamente (ionização por colisão), fazendo com que o número de portadoras de carga aumente com rapidez.À medida que aumenta a pressão do gás, são produzidas descargas em arco (descargas de ponta e descargas disruptivas); quando a pressão é reduzida (em alguns Torrs), é originada uma descarga cintilante, exibindo, assim, um fenômeno de luminescência em camadas.Dependendo da disposição destas camadas e mantendo-se constante a pressão do gás, será possível inferir a polaridade e a magnitude aproximada da intensidade da tensão e da corrente existentes.

O cátodo é coberto por uma fina película luminosa. No próximo espaço escuro, é produzida uma luminescência negativa com um contorno bem definido; em seguida, segue-se outro espaço escuro com uma área de transição difusa. A coluna positiva, que ocupa o espaço restante até o ânodo, pode ser contínua ou ser formada por camadas, dependendo da pressão do gás, da tensão e do comprimento do percurso da descarga. As cores exibidas pela luz são determinadas pelo tipo de gás em questão.

Os trabalhos de um eletroscópio e de um eletrômetro têm por base a existência destas forças. Um eletroscópio é usado para o registro de cargas elétricas e um eletrômetro para a medição de cargas elétricas ou de diferenças de potencial (tensão) com potência praticamente nula.

De acordo com a lei de Coulomb, uma força que depende do tamanho das cargas e da disposição geométrica de suas portadoras,age em cada uma das cargas elétricas situadas em outro campo elétrico.

NOTA

Cargas com o mesmo sinal se repelem, ao passo que cargas opostas se atraem.

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Princípios aplicáveis à técnica de medição1. Introdução às medições elétricas 16 189

O trabalho dos contadores tubulares baseia-se no efeito ionizante das radiações, com energia considerável sobre as moléculas de gás.

NOTA

Tensão da descarga elétrica

A tensão da descarga elétrica entre dois eletrodos depende da forma destes eletrodos e da distância entre eles, bem como do tipo dielétrico e estado de ionização.

Fenômenos eletrolíticos

Quando uma corrente elétrica atravessa líquidos condutivos, há uma troca de íons. Os fenômenos eletrolíticos podem ser usados para determinar a polaridade de correntes contínuas.

Alguns fenômenos eletrolíticos são:Em uma solução ácida aquosa, é produzido hidrogênio no polo negativo.

Papel tornassol assume a cor vermelha quando é umedecido no polo positivo.

Em uma solução salina, íons metálicos mudam de direção, indo na direção do eletrodo, onde acabam sendo depositados.

Com a ajuda dos chamados voltímetros, é possível determinar com exatidão a intensidade da corrente com base no tempo que ela demora para ir do ânodo ao cátodo e na quantidade de metal depositado.

EXEMPLO

Esta relação de tensões é usada, por exemplo, em distâncias entre esferas para medir altas tensões.

D

S

Nota: UD são valores de limiar a 20°C e 760 Torr.

Tensão da descarga elétrica em distâncias entre esferas no ar, de acordo com a norma VDE parte 2/8.

D (cm)S (cm)UD (kV)

2 10

25

50

150 200

0,005

1 5 30

60 150

2,8 31,7 137 585

1280

2250

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Efeito Joule

A calor produzido pela corrente elétrica em um condutor depende de sua resistência, intensidade da corrente e das condições de resfriamento. Em conversores termoelétricos de alta freqüência, a tensão de um termopar aquecido pelo condutor principal é diretamente proporcional à intensidade da corrente que atravessa o condutor.

No caso de amperímetros térmicos e bimetálicos, a expansão do material condutivo é usada para medir a intensidade da corrente. Os elementos bimetálicos são compostos de duas tiras metálicas firmemente unidas, com diferentes coeficientes de expansão térmica. Quando aquecido, o elemento curva-se na direção do lado metálico com menor coeficiente de expansão.

Se o ponto de junção (soldagem) for aquecido, a tensão de contato aumentará em relação às extremidades do condutor frio, de forma que esta tensão termoelétrica possa ser usada para medir a temperatura.A tensão termoelétrica entre metais, indicada por uma diferença de temperatura de 100°C do ponto de medição e do ponto de comparação, é originada da diferença nos valores indicados na série de tensão termoelétrica.

A série de tensão termoelétrica em metais é dada abaixo.

Metal fem Metal fem

Metal fem

Constantan -3,47/-3,40

Magnésio 0,4/0,43 Irídio 0,65/0,68

Bismuto -7,70 Chumbo 0,41/0,46 Manganês 0,57/0,82

Cobalto - 1,99/-1,52

Alumínio 0,37/0,41 Ouro 0,56/0,80

Relação resistência-temperatura

No ponto de contato de dois metais diferentes, há um fluxo de elétrons que cria um campo elétrico entre os dois metais, pois o trabalho de emissão de elétrons é diferente em cada metal.

Termoeletricidade

A dependência térmica da resistência em circuitos pode ser neutralizada, quando for apropriado, pelo uso de componentes com temperatura contrastante.

NOTA

Há termistores com coeficientes de temperatura negativos; ou seja, sua resistência diminui à medida que aumenta a temperatura e termistores com coeficientes de temperatura positivos, cuja resistência aumenta à medida que a temperatura também sobe.

A dependência térmica da resistência, especialmente notável em determinados semicondutores, desempenha um importante papel na técnica de medição.

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Os elementos fotoelétricos possuem uma composição similar aos retificadores metálicos. Na área de ligação limítrofe entre o metal de transporte (ferro, por exemplo) e a camada aplicada por vaporização (por exemplo, feita de selênio), os elétrons são enriquecidos pela incidência de luz, gerando uma tensão de centenas de milivolts.Em células fotoelétricas, seja a vácuo ou preenchidas com gases nobres e geralmente equipadas com um Cátodo Cs ou Cd, é exigida tensão suplementar para deslocar os elétrons emitidos do cátodo até o ânodo.


Efeito fotoelétrico

Alguns metais e semicondutores emitem elétrons quando absorvem a luz. Os quanta de luz incidentes devem ter uma quantidade mínima de energia equivalente ao trabalho de emissão de elétrons; a freqüência de radiação não deve ser inferior a um determinado valor.

Efeito fotoelétrico normal

Efeito fotoelétrico seletivo

Com o uso de oito a doze dinodos (tensão total de 2 a 3 kV), o fluxo de elétrons é aumentado em um fator de aproximadamente 106.

NOTA

Metal fem Metal fem Metal fem

Níquel -1,94/-1,20

Volfrâmio 0,65/0,90 Cádmio 0,85/0,92

Mercúrio -0,07/0,04

Ródio 0,65 Molibdênio 1,16/1,31

Platina 0,00 Prata 0,67/0,79 Ferro 1,87/1,89

Grafita 0,22 Cobre 0,72/0,77 Cromo 2,20

Tântalo 0,34/0,51

Aço V2A 0,77 Antimônio 4,70/4,86

Estanho 0,40/0,44

Zinco 0,60/0,79 Silício 44,8

Telúrio 50,0

O número de elétrons atinge um valor máximo em uma determinada freqüência. Este efeito é produzido para alguns metais e combinações como, por exemplo, compostos alcalinos e alcalinos ferrosos.

O número de elétrons emitidos aumenta à medida que a freqüência de radiação aumenta.

Multiplicadores fotoelétricos são válvulas eletrônicas, nas quais os elétrons emitidos pelo cátodo são multiplicados; eles são disparados sob o efeito de um campo elétrico em um ou vários eletrodos intermediários (dinodos) e cada elétron libera diversos elétrons secundários.

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Efeito fotoelétrico externo

Cristais e semicondutores contaminados com átomos estranhos transformam-se em condutores ao absorver a luz ou aumentar sua condutibilidade, de forma que eles possam ser usados como condutores fotoelétricos (Compostos Se, Se-Te ou Tl, além de compostos CdS, CdSe ou PbS; Ge e Si em vácuo).

Em células de germânio e silício, o efeito fotoelétrico depende da direção; é por isso que estas células também são chamadas fotodiodos aperfeiçoados, nas quais, ao mesmo tempo, a fotocorrente elétrica pode ser amplificada.

Piezoeletricidade

Quando uma força F (tensão mecânica ou força de tração) é aplicada à superfície A de um prisma de quartzo quadrangular, na direção do eixo elétrico (linha de interseção de um plano perpendicular ao eixo elétrico e outro plano perpendicular ao eixo óptico), é gerada uma carga elétrica, Q, em dois eletrodos da superfície, S, dispostos perpendicularmente ao eixo elétrico.

O efeito piezoelétrico pode ser invertido pela aplicação de tensão aos eletrodos: o quartzo é contraído ou expandido, dependendo do sinal da carga elétrica.

NOTA

Efeitos galvanométricos

Efeito Hall

Quando uma corrente elétrica atravessa na direção do comprimento uma chapa metálica condutora ou semicondutora, disposta perpendicularmente às linhas de força de um campo magnético, é gerada uma diferença de potencial entre os lados da chapa, denominada tensão Hall.

Este fenômeno deve-se ao campo magnético que deflete os elétrons perpendicularmente a seu movimento (sentido oposto à corrente) e o campo magnético, de forma que a densidade desse elétron aumente em um lado da chapa e diminua no outro lado.

d

BI

UH

I= CorrenteB= Indução magnéticad= Espessura da chapaUH= Tensão Hall

Q = k . F . SA

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Esta variação de densidade dura até que a força exercida pelo campo magnético criado nos elétrons fique igual à força desenvolvida pelo campo magnético na direção oposta.

A tensão Hall, UH, é diretamente proporcional ao produto da intensidade da corrente, I, pela indução magnética, B, e inversamente proporcional à espessura da chapa, d.

A constante Hall RH depende do material. Por exemplo, no caso de antimonieto de índio (Em Sb) a 20°C, ela é equivalente a 240 cm3/As e no caso de arsenieto de índio (Em As), é equivalente a 120 cm3/As.

As chapas de campo de antimonieto de índio podem ser fabricadas com incrustações de antimonieto de níquel, com determinada orientação e considerável condutividade elétrica, que, após serem introduzidas em um campo magnético de 10 kG, sua resistência é aumentada até um valor dez vezes maior que a resistência básica R0.

EXEMPLO

Relação das resistências, RB/R0, dependendo da indução magnética, B, para chapas de campo de diferentes tipos

A figura representa as curvas características de diferentes tipos de chapas de campo a 22°C. A resistência aumenta em relação à função quadrática, até atingir 4kG e a partir deste valor, ela aumenta de modo praticamente linear, até atingir 100 kG.

A condição para as variações da resistência acima mencionada é que o campo magnético aja perpendicularmente à direção do fluxo da corrente. Quando a indução magnética é desviada daquela direção, a inclinação da curva característica é reduzida.

UH = RH . I . Bd

Indução magnética B

-10 -5 0 5 10 kG

15

10

5

RB/R0 D

P

LTM

/

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Efeito Gauss

A resistência elétrica na direção do comprimento da chapa representada na figura depende da intensidade do campo magnético. Por esta razão, ela é conhecida como o efeito do campo magnético, que é usado em resistências que possam ser produzidas magneticamente.

d

BI

UH

Como era o caso dos geradores Hall, não foi possível desenvolver conjuntos da resistência magneticamente controlados (chapas de campo) para usos técnicos, até os novos materiais semicondutores para tais fins se tornem disponíveis.

Magnetostrição

São causadas vibrações sonoras pela freqüência das flutuações de campo, o que constitui o principal motivo pelo qual podem ser encontradas vibrações de 100 Hz ou de 120 Hz em máquinas elétricas, como motores e transformadores.

Quando um corpo ferromagnético é introduzido em um campo magnético uniforme, os chamados invólucros de Weib são orientados. Invólucro de Weib é uma área com ímãs elementares feitos de átomos de 1011 a 1015 em um volume máximo de 10-8 cm3 aproximadamente.

A estrutura de grade do material é deformada, resultando em uma tensão mecânica interna. Esta tensão mecânica gera mudanças no comprimento e volume; por exemplo, o ferro se expande e o níquel se contrai. O ponto de transição dos valores negativo para positivo, isto é, o ponto de magnetostrição nula, corresponde à liberação completa de tensão mecânica e, por conseqüência, os valores máximos de permeabilidade. Efeito magnetoelástico

A tensão mecânica produz variações de magnetização (direções preferenciais).

Este defeito foi descoberto há cerca de 100 anos, quando observou-se que a agulha de uma bússola acima de uma sonda metálica muda sua posição quando é aplicada uma carga mecânica à sonda. Cientistas estudaram a relação entre a tensão mecânica e as mudanças na derivação magnética metálica e criaram os métodos para localizar as linhas de concentração da tensão mecânica.

GLOSSÁRIO

Magnetostrição é a propriedade de materiais magnéticos que faz com que eles mudem sua forma na presença de um campo magnético.

I

/

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Forças eletromagnéticas

De acordo com a lei fundamental da eletrodinâmica, quando há movimento relativo entre cargas elétricas ou polos magnéticos, há forças que dependem da intensidade e da direção do campo magnético e da quantidade de carga, além da velocidade e direção do movimento.

Um condutor através do qual flua uma corrente elétrica está sujeito – em um campo magnético – a uma força proporcional à intensidade da corrente e ao campo magnético. A operação de instrumentos de medição eletrodinâmicos e de bobina móvel baseia-se neste fenômeno. Da mesma forma, quando um condutor é movido em um campo magnético, uma corrente é induzida, que pode ser usada na técnica de medição, por exemplo, com a ajuda de emissores de velocidade de rotação.

Uma corrente elétrica gera um campo magnético circundante. Em uma bobina enrolada na mesma direção, as intensidades de campo são adicionadas para cima das diferentes voltas. Quando são introduzidas peças de ferro doce em um campo da bobina, elas sofrem um processo de magnetização proporcional à intensidade da corrente. Uma peça de ferro móvel é atraída para dentro da bobina na direção da maior intensidade de campo, ao Passo que diversas peças de ferro magnetizadas na mesma direção repelem umas às outras.

Quando um ímã permanente móvel é introduzido em um campo magnético externo, ele sempre será orientado na direção das linhas de força. No galvanômetro de tangente, usado para medições do magnetismo terrestre, uma agulha magnética aponta para a direção do campo, resultado no campo magnético terrestre sobrepondo o campo da bobina.

NOTA

Conhecendo-se a intensidade da corrente que atravessa a bobina e o número de voltas, será possível calcular a intensidade do campo magnético da Terra. Voltímetros e amperímetros com ímã móvel funcionam sob o mesmo princípio, porém são providos de uma blindagem contra campos magnéticos estranhos, além de um dispositivo mecânico de substituição para o sistema móvel.

/

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ATIVIDADE

Este capítulo apresentou os diferentes efeitos físicos sobre os quais baseiam-se os aparelhos elétricos para a realização de um procedimento de medição.

Diga se as seguintes afirmações são verdadeiras ou falsas.

FALSO VERDADEIRO

A dependência da resistência de um material sobre a temperatura é insignificante.

6

A condição necessária para a produção de um fenômeno eletrolítico é a existência de um meio condutivo líquido.

5

4

Todo condutor pelo qual passa uma corrente elétrica fica sujeito a um campo magnético.

3

A constante de Hall depende do tipo de material condutor e da corrente que atravessa o condutor.

2

Quando é aplicada tensão a eletrodos, é possível reduzir o efeito piezoelétrico.

1

Quanto maior for a distância entre dois, menor será a descarga de tensão entre eles.

Quando houver uma descarga elétrica em um gás pressurizado, poderão ser geradas centelhas.

7

/

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Junto com os aparelhos de precisão reconhecidos, instrumentos de medição digitais estão sendo cada vez mais usados; eles exibem considerável exatidão e são providos de conexões adequadas.Como a exatidão dos dispositivos adicionais para aparelhos de medição (resistências em série e em paralelo, linhas de conexão com resistências em paralelo, etc.) deve ser apenas um pouco maior que a exatidão dos instrumentos utilizados, o resultado da medição não é influenciado de forma inadmissível.Em todos os instrumentos de medição de manobra, é aconselhável permitir uma margem maior que a exigida para proteger o sistema de medição ao ser feita a conexão.

Para a escolha de um aparelho de medição, além da exatidão, a margem de medição é decisiva, pois as tolerâncias indicadas e garantidas geralmente se referem ao valor máximo da margem de medição, o que implica na existência de uma dupla tolerância no centro da escala em relação ao valor teórico. Por esta razão, a área de maior interesse é a compreendida pela última terça parte da escala.


Métodos de medição1.4

Como em todas as medições deverá ser observada a condição essencial, haverá mínimas influências perturbantes sobre o objeto medido.

O aparelho de medição elétrica é aplicado sobre o objeto como um elemento suplementar, com uma influência maior ou menor sobre seus valores da resistência, intensidade e tensão e, portanto, sobre a medição.

LEMBRETE

Dependendo do objetivo, a influência do aparelho de medição deve ser mantida em um nível mínimo, adaptando-a adequadamente ao circuito de medição. Use conexões especiais ou calcule os erros atribuíveis ao circuito e corrija os valores indicados pelos circuitos de medição correspondentes.Antes de escolher o aparelho de medição e determinar os circuitos, deverá ser feito um

cálculo aproximado da exatidão de medição exigida ou possível.

Não é aconselhável exigir desnecessariamente excesso de exatidão de medição, pois quanto maior for a exatidão exigida, maiores serão os gastos decorrentes do aparelho e sua manutenção.

Em muitas medições de serviço, é suficiente usar aparelhos de medição com limites de erro entre 1 e 5%. Estes aparelhos geralmente são tão sensíveis a condições adversas de tratamento e ambientais quanto os dispositivos de precisão. No entanto, para alguns testes de campo e medições em laboratório, além de alguns casos de manutenção, são necessários procedimentos e aparelhos mais precisos, principalmente quando os valores medidos precisarem ser explicados posteriormente e tiverem uma influência significativa sobre os resultados.

/

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Métodos de medição1. Introdução às medições elétricas 25 189

A lista de verificação abaixo deve ser observada ao serem realizadas medições precisas com instrumentos de precisão:

Parabéns! Você concluiu o Capítulo 1. A seguir é apresentado o capítulo “Medição da tensão e da intensidade da corrente”.

Assinale a opção correta.

ATIVIDADE Os equipamentos auxiliaresOs equipamentos principais

3Determinadas medições requerem o uso de equipamentos principais e equipamentos auxiliares. Qual deles requer a maior exatidão?

Antes da mediçãoApós a medição

1 Quando a exatidão exigida em uma medição deve ser definida?

da capacidade para fazer uma medição correta?dos custos excessivos decorrentes?

2 Se escolheu não ter exatidão excessiva do aparelho de medição, você faria isto por causa…

O aparelho deve ser colocado em uma posição quase horizontal, de forma a não ficar exposto a movimentos.

O aparelho deve ser colocado a uma distância suficiente de massas de ferro (aproximadamente 10 cm) e dos cabos de força. Se isto não for possível e houver influência de campos estranhos de intensidade considerável, será necessário verificar se algum campo perturbador influencia a posição de medição.

O ponteiro deve indicar zero na escala quando não passar uma corrente pelo aparelho de medição. Se isto não acontecer, a indicação deverá ser corrigida pelo ajuste do dispositivo em uso.

Durante o procedimento de medição, o vidro da escala não deve ser limpo, pois poderá ser carregado com energia estática e influenciar a leitura. As cargas eletrostáticas podem ser eliminadas pela aplicação de vapor ao vidro.

1

2

3

4

/

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medições elétricas

Medição da Intensidade da Tensão e da Corrente

2

Este capítulo descreve os diferentes instrumentos usados para medir a tensão e a corrente. 36

272.1 Amperímetros e Voltímetros

2.2 Galvanômetros

2.3 Amperímetros de alicate e Medidores de painel

33

26 189

/

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2. Medição da tensão e da intensidade da corrente 27 189

Amperímetros e Voltímetros2.1

Para medir simultaneamente a intensidade da tensão e da corrente, poderão ser usados os circuitos A e B, que estão representados nas figuras abaixo. Estes circuitos podem ser utilizados também para conectar os circuitos do amperímetro e do voltímetro de um wattímetro.

Nas medições da tensão, nas quais devem ser levados em conta os erros atribuíveis ao circuito, é preferível usar o circuito A, pois a resistência interna dos voltímetro geralmente é conhecida e está sujeita a muito menos variações que a resistência do amperímetro.

Os amperímetros são conectados à linha cuja intensidade da corrente gostaríamos de medir e os voltímetros são aplicados aos pontos cuja diferença de potencial será determinada.

ASímbolo geral de amperímetro

VSímbolo geral de

voltímetro

• No circuito A, são medidas a tensão correta, U, e a intensidade da corrente, I=I1+I2. No entanto, este circuito será apropriado, se I1/I2 for muito alto.

• No circuito B, são medidas a intensidade da corrente correta, I, e a tensão, U= U1 + U2. No entanto, este circuito será apropriado, se U1/U2 for muito alto.

Medição da intensidade da corrente e da tensão na carga R

V

A

RU1U2

U

Circuito B

U=U1+U2

I

U

I1

RV

AI2

I=I1+I2

Circuito A

Um amperímetro deve causar apenas uma ligeira queda de tensão, isto é, sua resistência interna deve ser pequena. Por outro lado, um voltímetro deve absorver somente uma corrente de baixa intensidade, isto é, sua resistência interna deve ser a mais alta possível.

APÊNDICE

As referências dos símbolos utilizados estão informadas no apêndice.

II

v

/

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Amperímetros e Voltímetros2. Medição da tensão e da intensidade da corrente 28 189

São usados amperímetros para corrente alternada e voltímetros para conexão direta – dependendo do tamanho do invólucro - somente para correntes de intensidade e tensão limitadas.

•Quando aplicados a correntes de intensidade excessiva, eles ficariam sujeitos a demasiado calor, a conexão demonstraria ser muito difícil e a posição das linhas de conexão afetaria a leitura.•Quando aplicados a uma tensão excessiva, seria gerada uma corrente de fuga inadmissível.

Por esta razão, nestes casos, é habitual usar instrumentos especialmente fornecidos para sua conexão através de transformadores.

VAConexão de um amperímetro para corrente alternada e voltímetro através de transformadores.

Amperímetros e voltímetros de bobina móvel

A

Instrumento magnetoelétrico para medição de corrente contínua, usado

como amperímetro

V

Instrumento magnetoelétrico para medição de corrente contínua, usado

como voltímetro

A figura abaixo mostra as conexões e circuitos internos. Em ambos os circuitos, a resistência Rv (feita de Manganin, que não depende de temperatura) é conectada à fronte da bobina móvel (cuja resistência Rs depende da temperatura, pois é feita de fio de cobre). A resistência Rv pré-conectada é muito mais alta que a resistência de Rs.

RS

RS

Rn

RV

U

IRV = Resistência em sérieRS = Resistência de bobina móvelRn = Resistência em paralelo

/

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São usados retificadores para tirar proveito da ótima estabilidade dos sistemas de medição de bobina móvel para a medição da intensidade da tensão e de corrente alternada e, conseqüentemente, para cobrir margens de medição inferiores às obtidas por sistemas de ferro móvel.

Os retificadores são montados no aparelho porque suas curvas características devem ser levadas em conta quando da graduação da escala.


Desta forma, é possível manter o erro atribuível às variações de temperatura dentro dos limites admissíveis.

•Em amperímetros com a resistência RS~1.8 Ω, há outra resistência RV; portanto, RS + RV é - por exemplo - equivalente a 6 Ω.•Em voltímetros, a resistência pré-conectada, RV, geralmente é dimensionada de forma que a resistência interna total seja equivalente a 1/I, um valor típico de um instrumento de 1000 Ω/V, aproximadamente.•No caso de aparelho projetado para fins especiais - por exemplo, para medir circuitos de válvula ou tensões de fase - a resistência acima mencionada apode ser consideravelmente mais alta.

Os instrumentos fornecidos com retificadores reagem aos valores aritméticos do meio de medição. No entanto, a leitura depende basicamente dos harmônicos, pois a escala é graduada para os valores da tensão senoidal efetiva e da corrente.

NOTA

Na figura abaixo, há uma representação dos circuitos internos dos voltímetros e amperímetros de bobina móvel, providos de retificadores de medição adequados à sua montagem em painéis de comando.

RV

Rn

RV

RV = Resistência em sérieRn = Resistência em paralelo

Conexões de amperímetros e voltímetros de sistema de medição com bobina móvel e retificadores

No caso do amperímetro, é necessária uma resistência em série RV para manter o erro em níveis baixos, devido às mudanças de temperatura e para neutralizar a falta de linearidade da escala, originada das características quadráticas dos retificadores. Para corrigir isto, é admissível uma perda de tensão maior.

/

Rev.00IMTEL007-GBE


Os instrumentos de mesa providos de bobina móvel e retificadores são, em geral, instrumentos múltiplos. A figura abaixo mostra o circuito básico em um aparelho deste tipo.

I~

I~U~

U~

U~

U.I~

Instrumento múltiplo com sistema de medição com bobina móvel e retificadores (circuito básico).

Neste tipo de instrumento, é possível também ampliar as margens de medição da corrente elétrica, por meio de transformadores de corrente externos ou resistências em paralelo e ampliar as margens de medição da tensão por meio de transformadores de tensão externos ou resistências em série.

Para medir uma corrente contínua de alta intensidade, é usado um método especialmente vantajoso, com base no efeito Hall.A figura abaixo representa a disposição de um gerador Hall na ranhura de um núcleo de ferro que envolve o condutor.

A tensão de Hall é medida com um instrumento de bobina móvel devidamente calibrado; esta tensão é proporcional à intensidade do campo magnético existente na ranhura e, portanto, à corrente que atravessa o condutor principal. O circuito de medição é galvanicamente isolado do circuito principal.

Medição da Corrente contínua com um Gerador Hall

IX

ICONST

UM

/

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Amperímetros e voltímetros de ferro móvel

A

Instrumento de medição de ferro móvel para corrente contínua e alternada, usado

como amperímetro

V

Instrumento de medição de ferro móvel para corrente contínua e alternada, usado como

voltímetro

Amperímetros e voltímetros de ferro móvel indicam valores eficazes, sem levar em consideração o tipo de corrente e a forma da curva.

A escala de um voltímetro pode ser influenciada com diodos Zener.

Um diodo Zener conectado em série (conforme mostrado na figura) não permite que a corrente atravesse o circuito de medição, até ter sido atingida uma determinada tensão, denominada tensão de Zener. A partir desse momento, a intensidade da corrente aumenta aproximadamente da mesma forma que a tensão.

0 80 90 100%Conexão de diodo Zener

em série

Um diodo Zener conectado em paralelo (conforme mostrado na figura) dificilmente influencia a leitura abaixo da tensão de Zener. Ao exceder esta tensão, o diodo produz curtos-circuitos cada vez maiores no dispositivo de medição. Este tipo de circuito pode ser usado para proteger o dispositivo de medição contra excesso de tensão.

0 10 20 100%

Conexão de diodo Zener em paralelo

/

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A margem de medição de amperímetros de ferro móvel é determinada pela bobina de campo e não pode ser ampliada por meio da resistências externas em paralelo, devido ao alto consumo de energia. Conseqüentemente, margens de medição só podem ser variadas pela troca de partes da bobina (sem trocar o número de ampère-espiras).Pela conexão da resistências em série, é possível ampliar a margem de medição da tensão da mesma forma que os instrumentos de bobina móvel.


O consumo de energia de instrumentos de ferro móvel geralmente é maior que em instrumentos de bobina móvel com as mesmas dimensões e a graduação da escala é menos linear. Todavia, muitas vezes os primeiros são preferidos para painéis de comando e aparelhos, pois são mais robustos e menos dispendiosos.

NOTA

Há também uma série de aparelho de precisão equipados com dispositivos de ferro móvel; alguns deles que têm sido especialmente projetados para medir a intensidade da tensão e da corrente alternada são consideravelmente sensíveis. Com esta finalidade, sua reduzida dependência da forma da curva comprova-se muito importante.

A margem de freqüência de amperímetros e voltímetros de ferro móvel que forem adequados para painéis de comando vai de 15 a 60 Hz. Há também desempenhos especiais, ajustados para uma freqüência predeterminada de 1000 Hz. Em instrumentos de mesa e de precisão, poderão ser alcançadas também margens de 10 a 1000 Hz, com o uso dos recursos de construção adequados.

Responda às seguintes perguntas.

ATIVIDADE

3 Por que você preferiria um instrumento de ferro móvel a um de bobina móvel?

1 Como devem ser as resistências internas de amperímetros e voltímetros? Por quê?

2 Qual é a vantagem de se usar um retificador para medir tensão e corrente?

/

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Galvanômetros2.2

Em casos em que instrumentos de bobina móvel calibrados provem ser insuficientes para medir intensidade da corrente e tensão muito baixas em corrente contínua e quando não puderem ser aplicados amplificadores de medição, são usados galvanômetros, pois sua escala não é calibrada, de acordo com os valores da tensão ou da intensidade da corrente.

Em galvanômetros, são usados sistemas de bobina móvel com uma pequena força restauradora. As bobinas não são enroladas em carcaças metálicas; na bobina, como conseqüência, somente uma corrente de indução que amortece as oscilações pode atravessar o circuito externo. Este amortecimento depende da resistência total do circuito de medição. Com uma determinada resistência externa – denominada resistência crítica de amortecimento – o ponteiro do galvanômetro atinge a deflexão máxima sem qualquer sobremodulação (um ajuste periódico). Este tempo é mais ou menos equivalente a 60% do período de oscilação do sistema não amortecido T0, e em galvanômetros altamente sensíveis, ele pode ser de 20 segundos ou mais.

Ao ser aumentada a resistência total e, portanto, o amortecimento, o ponteiro do galvanômetro se move bem devagar, até atingir a deflexão teórica. Com resistências mais altas, ocorrem sobremodulação e flutuação.

Para medir impulsos de corrente e tensão, são usados galvanômetros balísticos, equipados com um sistema portátil com inércia considerável. Se a duração do impulso de corrente for muito curta, em comparação com o período de oscilação do sistema, o desvio do ponteiro é proporcional à energia cinética e, conseqüentemente, à energia do impulso de corrente I.t. O valor da medição é lido no ponto de retorno do ponteiro.

MANUTENÇÃO

No trabalho com circuitos de medição providos de galvanômetros de alta sensibilidade, é preciso tomar um cuidado especial para que nenhuma tensão termoelétrica seja gerada na junção de condutores de material diferente. Esta tensão em diferentes temperaturas pode alterar a medição.

Galvanômetros são freqüentemente usados como medidores com zero ao centro em circuitos de compensação e de ponte; com este tipo de aparelho, é possível registrar correntes de até 10-12 A.

Galvanômetros não estão sujeitos a uma determinada margem de medição ou tempo de ajuste; eles podem ser adaptados à finalidade de cada caso específico.

NOTA

/

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Galvanômetros2. Medição da tensão e da intensidade da corrente 34 189

Além dos sistemas de bobina móvel, são usados dispositivos de ímã móvel (galvanômetros de agulha); eles devem ser cuidadosamente isolados de campos externos (galvanômetros blindados).Entre os galvanômetros de agulha, destacam-se os galvanômetros de facho de luz ou de espelho, que são adequados para diferentes aplicações e exibem alta sensibilidade (aumento na ordem fixada).

Princípio físico da operação do galvanômetro

O princípio físico sobre o qual baseia-se a operação do galvanômetro é que quando uma corrente elétrica atravessa um condutor situado em a campo magnético, é produzida uma força no condutor. Esta força é diretamente proporcional à magnitude da corrente elétrica e do campo magnético. Portanto, se o campo magnético for fixo, a força será proporcional à magnitude da corrente contínua. É isto que acontece em um galvanômetro.

Ímã ferradura

Ponteiro

controle da posição feita de ferro

Mola de controle

Peças polares

Bobina

Partes principais de um Galvanômetro

Galvanômetros têm um ímã permanente que provê fluxo magnético. É provocado um fluxo de corrente elétrica através de uma bobina instalada em um núcleo metálico, apoiado por um eixo; desta forma, a bobina e seu núcleo têm a capacidade de girar.

O núcleo é mantido na posição (totalmente à esquerda) por meio de uma mola. Na extremidade do eixo giratório do núcleo da bobina há um ponteiro, cujo movimento ao longo de uma escala mostrará a magnitude da variável medida.

• Quando a corrente atravessa a bobina, por estar dentro de um campo magnético, é produzida uma força que age sobre a mola e muda a posição do ponteiro. Se a corrente for alta, a força será igualmente considerável, o que mostra um valor significativo da variável em medição.

• Quando nenhuma corrente atravessa o galvanômetro, a mola retém o núcleo, a bobina e o ponteiro à esquerda (onde a escala normalmente indica o valor 0). Aqui, será considerado que uma corrente de 1 mA gerará uma força que curvará o ponteiro totalmente para a direita; isto é conhecido como escala plena.

/

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Galvanômetro é um dispositivo que faz com que um ponteiro se desloque ao longo de uma escala, onde a amplitude de deslocamento é proporcional à corrente que atravessa o dispositivo. O deslocamento total do ponteiro será sempre feito na mesma corrente (1 mA), razão pela qual qualquer variável elétrica a ser medida deve ser convertida e escalonada em uma corrente contínua naquela faixa.

Galvanômetros2. Medição da tensão e da intensidade da corrente 35 189

Como conseqüência, quando nenhuma corrente circular, qualquer variável elétrica a ser medida deverá ter um escalonamento e conversão em corrente contínua em uma faixa de 0 a 1 mA. Se for aplicada uma corrente mais alta ao galvanômetro, talvez seu mecanismo seja danificado.

pela bobina.pelo ímã.

3 O fluxo magnético é proporcionado…

danificará o galvanômetro.não danificará o galvanômetro.

1 Uma corrente acima de 1mA…

não é necessário verificar a escala.é necessário verificar a escala.

2 Quando o parâmetro a ser medido for modificado, ..

para medir baixas tensões e correntes.para medir altas tensões e correntes.

5 O galvanômetro é usado…

o ponteiro está na extremidade esquerda.o ponteiro está na extremidade direita.

4 Determina-se que nenhuma corrente flui porque…


ATIVIDADE

Ao mudar a posição do seletor da variável a ser medida (tensão, corrente ou resistência), é preciso tomar cuidado para continuar a medição na escala correspondente.

NOTA

Concluindo...

/

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Amperímetros de alicate e medidores de painel

2.3

Amperímetros de alicate Medição da intensidade da corrente em um sistema trifásico com braçadeira elétricaAs três fases devem ser medidas separadamente (intensidade da corrente IR, IS, e IT). Se o sistema for balanceado, as três fases terão a mesma medição.

M3 ~

U

V

W

Método de medição correto

A soma das três intensidades da corrente, quando medidas juntas com a braçadeira elétrica, é igual a zero. Isto acontecerá se for usado o método de medição incorreto.

Método de medição incorreto

M3 ~

U

V

W

/

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Amperímetros de alicate e Medidores de painel2. Medição da tensão e da intensidade da corrente 37 189

Medidores de painel de tensão, corrente e freqüência

Parabéns! Você concluiu o Capítulo 2.A seguir é apresentado o capítulo “O multímetro”.

Diga se as seguintes afirmações são verdadeiras ou falsas.

ATIVIDADE

FALSOVERDADEIRO

Para um sistema balanceado, as intensidades da corrente de cada fase serão equivalentes.

2

É correto medir a intensidade da corrente passando os três condutores pela braçadeira elétrica.

1

Medidores portáteis de tensão e corrente

• Para medições elétricas básicas

• Eles podem medir tensão, continuidade e corrente com um único instrumento compacto.

• Selecione volts, ohms ou ampères e o instrumento faz o restante.

• A tecnologia "open-jaw" permite a medição de correntes de até 100 A.

• Diferentes formatos: 48 x 48, 22 x 22, 96 x 96, 96 x 48• Programável• Medição do valor eficaz• Classe 0,1; 0,2; 0,5• Resolução: até 13 bits• Capacidade do visor: 3½ dígitos• Saída de relé disponível• Saída analógica• Comunicação com PC RS 232, RS 485, Mod bus RTU

/

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O multímetro3

Este capítulo apresentará o conhecimento necessário para a operação do multímetro analógico e digital. Também será possível ver seus recursos característicos.

38 189


3.1 Multímetro analógico

3.2 Medição com o multímetro analógico

3.3 Multímetro digital

3.4 Operação do multímetro digital

3.5 Medição com o multímetro digital

51

39

42

56

70

/

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3. O multímetro 39 189

Multímetro analógico3.1

Multímetro analógico: Partes principais

A parte principal, ou núcleo, de um multímetro analógico é o galvanômetro.

Um galvanômetro converte um sinal de corrente elétrica em movimento do ponteiro ao longo de uma escala. Trata-se de um dispositivo que pode funcionar com CC (corrente contínua). Portanto, se for necessário saber o valor de uma determinada resistência, de uma CA (corrente alternada) ou corrente CC ou de uma tensão CA ou CC, o valor da variável a ser medida deve ser convertido em um valor CC equivalente. É por esta razão que o multímetro requer diferentes circuitos para converter tensão, corrente e resistência em uma corrente CC dentro da faixa definida para o galvanômetro.

Diagrama de blocos com as partes principais de um multímetro analógico

Galvanômetro

Tensão CA ou CC

à

corrente CC

Corrente CA ou CC

à

corrente CC

Escala

Entrada

Seletor/chave de função

Resistência à corrente CC

Todos os instrumentos de medição elétrica com ponteiros funcionam sob este princípio: eles consistem em um galvanômetro que permite – pelo movimento do ponteiro – saber a amplitude do sinal ou variável que estiverem sendo medidos.

O multímetro analógico possui um seletor de função (chave rotativa) que define:• O tipo de variável a ser medida: tensão, corrente ou resistência.• A faixa a ser medida.

Independentemente do tipo de variável elétrica a ser medida e sua faixa, a chave e o circuito de conversão executam um escalonamento e conversão da variável a ser medida em um sinal CC equivalente, que faz com que o ponteiro do galvanômetro se mova. Em cada caso, a medição será lida em uma escala diferente.

GLOSSÁRIO

CC: Corrente contínua.CA : Corrente alternada.

/

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Circuito desmultiplicador e circuito de retificação

Circuito desmultiplicador

Outra parte principal dos medidores analógicos é o circuito desmultiplicador, que permite obter medições em diferentes faixas como, por exemplo: 1 volt, 50 volts, 100 volts e 500 volts com o mesmo instrumento.

O circuito desmultiplicador consiste em seletores da resistência que podem medir tensões e correntes de diferentes faixas de magnitude, em cada caso, mantendo a corrente passando pelo galvanômetro dentro da mesma faixa.

A principal razão para a existência destes circuitos é que o movimento do ponteiro do galvanômetro na escala é feito em uma única faixa de correntes, geralmente de 0 a 1mA em escala plena. Portanto, o circuito desmultiplicador permite a redução de magnitudes, em medições de corrente ou de tensão, até a faixa de operação do galvanômetro, de 0 a 1mA.

Circuito de retificação

Como o galvanômetro é um dispositivo que funciona em corrente contínua, o circuito de retificação fica encarregado de converter sinais de corrente e tensão CA em um valor CC equivalente.

O circuito de retificação é composto de diodos – dispositivos semicondutores que possibilitam que uma corrente elétrica flua somente em uma direção.

O circuito de retificação, junto com o circuito desmultiplicador e o galvanômetro, permite a leitura da amplitude do sinal, pela observação da posição do ponteiro em uma escala graduada.

Multímetro analógico3. O multímetro 40 189

0

24 6

8

10v

Ponteiro medidor simplesPonteiro medidor com múltiplas

escalas

/

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Multímetro analógico3. O multímetro 41 189

ATIVIDADE

Com base na explanação acima sobre o multímetro analógico, realize a seguinte atividade.


4 Qual dispositivo é encarregado de converter sinais de corrente e de tensão CA em um valor CC equivalente?

3 Por que o multímetro precisa de um circuito desmultiplicador?

2 Qual é o papel do seletor de função e do circuito de conversão em um galvanômetro?

1 Com que tipo de corrente o galvanômetro funciona?

/

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EXEMPLO


Medição com o multímetro analógico3.2

Medição da corrente

Com um multímetro analógico, a corrente deve ser medida em série e, dependendo de seu valor, como as resistências são conectadas em paralelo com o galvanômetro para que a corrente a ser medida seja dividida, mantendo o fluxo de corrente de 0 a 1 mA através do galvanômetro.

Vamos analisar os seguintes exemplos de medições para diferentes valores I (corrente).

Se a corrente a ser medida tiver um valor dentro da faixa de 0 a 1 mA, nenhuma resistência será necessária. Isto deve-se ao fato de que não há necessidade de que o valor CC da corrente seja dividido para que uma parte possa atravessar o galvanômetro sem danificá-lo.

ESCALA

GALVANÔMETRO

0,5 mA

I = 0,5 mA

R

V

O circuito de medição precisará de uma resistência em paralelo com o galvanômetro através da qual 99 mA possam passar, pois 1 mA atravessará o galvanômetro.

I= 0,5 mA de CC

I= 100 mA de CC

I = 100 mA

R

V

GALVANÔMETRO

ESCALA

R

100 mA

/

Rev.00IMTEL007-GBE

EXEMPLO

Medição com o multímetro analógico3. O multímetro 43 189

Será necessária uma ponte de retificação adequada no circuito de medição, pois o multímetro analógico padrão usa um medidor CC, bem como uma resistência em paralelo através da qual 999 mA poderão passar, pois 1 mA atravessará o galvanômetro.

I = CA 1000 mA

R

V

GALVANÔMETRO

ESCALA

R

1000 mA

Medição da tensão

Quando tensão é medida com um multímetro analógico, a tensão produz uma corrente capaz de desviar o ponteiro quando atravessa o galvanômetro.

É preciso ter cuidado para que a corrente produzida pela tensão não exceda a tensão em escala plena do galvanômetro.

NOTA

Abaixo são dados dois exemplos de medição da tensão em diferentes faixas.

A resistência de 1 kΩ é disposta em série com o galvanômetro (considerando-se que a resistência do galvanômetro seja igual a zero), limitando a corrente que atravessa o galvanômetro em uma faixa de 0 a 1 mA.

R1 R=1 kΩ

VXR2V

GALVANÔMETRO

ESCALA

1 VOLT0 <V< 1 volt

I= 1000 mA de CA

1000 mA de CA

/

Rev.00IMTEL007-GBE


O seletor deve permanecer dentro desta faixa, que conecta a resistência de 100 kΩ em série ao galvanômetro, mantendo a faixa de correntes de 0 a 1 mA. Evidentemente, neste caso, a medição da tensão será feita com base na escala de 0 a 100 volts.

R1 R=100 kΩ

VXR2V

GALVANÔMETRO

ESCALA100 VOLTS

LEMBRETE

Sempre que for necessário medir uma tensão de corrente alternada, será necessária uma ponte de retificação, além de uma resistência em série com o galvanômetro, como é o caso da medição de corrente alternada.

Medição da resistência

Para medições de tensão e de corrente, o galvanômetro do multímetro toma uma corrente que faz com que o ponteiro se mexa a partir dos mesmos pontos de medição. Como a resistência não pode fornecer corrente ao galvanômetro, é necessária uma fonte de alimentação elétrica.

Em um multímetro analógico, normalmente há uma bateria interna, que é conectada à resistência a ser medida, a uma resistência interna (calibração ou faixa) e ao galvanômetro.

A bateria fornece tensão a um circuito em série de componentes, entre eles o galvanômetro e a resistência a ser medida. Neste circuito, todos os elementos possuem um valor conhecido; somente o valor da resistência a ser medida é ignorado.

0 <V< 100 volts

Alto

• Valor baixo da corrente• O galvanômetro mostrará uma alta

resistência na escala. Como o ponteiro não se deslocará significativamente, ele ficará perto da esquerda.

• Valor alto da corrente• O ponteiro se deslocará para a direita,

indicando um baixo valor da resistência.

Baixo

Valor da resistência a ser medida

/

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LEMBRETE

É importante observar que na escala da resistência, a indicação de valor infinito (∞) ou de uma resistência muito alta fica situada na extremidade esquerda (o ponteiro ficará perto de sua posição direita total) e a indicação da resistência 0 zero ficará totalmente à direita (neste caso, a corrente é máxima e o ponteiro move-se para a direita).

Antes de medir a resistência em um circuito, os pontos de teste ou sondas do multímetro são unidos para calibrar o medidor para zero porque há variações, devido ao uso da bateria interna e ao comprimento dos pontos de teste, entre outros fatores.

Como os pontos estão em curto-circuito, a corrente do medidor fica em seu valor máximo e o ponteiro terá de ser calibrado para indicar um valor zero (0). A indicação do valor infinito (∞) será lida quando os pontos do medidor estiverem separados e abertos, pois há precisamente uma resistência infinita entre eles, sem nenhum fluxo de corrente.

Escala do multímetro analógico

Em relação às escalas de tensão e corrente, a escala da resistência é invertida, mostrando seus valores mínimos à direita e os valores máximos à esquerda.

NOTA

/

Rev.00IMTEL007-GBE

Medição de uma resistência desconhecida

Para medir uma resistência desconhecida (RX), é necessária uma resistência interna (calibração e faixa) no multímetro, além da bateria.Neste caso, os seguintes valores são conhecidos:•Corrente (I)•Tensão (V)•Resistência da faixa (R)

Como RX e R são em série, temos:


Medição de uma resistência desconhecida

R

VRx

GALVANÔMETRO

ESCALA

I

BATERIA

Sendo o valor de Rx :

Rx+R = VI

Rx = VI

-R

/

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Medição da resistência em um circuito

Às vezes, é necessário medir a resistência de um circuito.


Esta figura mostra a forma pela qual as conexões devem ser feitas para o procedimento de medição. Neste circuito, a corrente I da bateria atravessa a resistência do circuito, a resistência da faixa selecionada, e o galvanômetro, controlando, assim o movimento do ponteiro.O fluxo de corrente dependerá do circuito RC, da resistência da faixa e da resistência do galvanômetro.

ESCALA

GALVANÔMETRO

V

R1

R3

R2

CHAVE ABERTA

CIRCUITO

V RC

IBATERIA

Antes de medir a resistência em um circuito, o multímetro deve ser calibrado para zero, a fim de eliminar quaisquer variações que possam ter sido causadas.

A chave do circuito deve estar sempre em uma posição off ou aberta. Isto evita que a tensão gerada pelo fornecimento do circuito atravesse o medidor, o que causaria dano ao galvanômetro ou uma divergência de medição.

NOTA

/

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Os pontos do multímetro devem ser conectados entre os terminais do circuito a ser medido, para que a corrente gerada pela bateria do multímetro possa atravessar o medidor.

O fluxo de corrente através do galvanômetro dependerá do valor da resistência do circuito a ser medido.

Como o multímetro foi ajustado para zero, a leitura do galvanômetro dependerá unicamente da resistência do circuito.

A resistência do circuito permite a passagem de algum fluxo de corrente através do galvanômetro, fazendo com que o ponteiro se movimente, indicando o valor da resistência do circuito na escala.

Se a resistência do circuito for substituída por uma resistência com maior valor de ohms, a corrente que atravessa o galvanômetro será reduzida ainda mais e a leitura na escala corresponderá à resistência mais alta.

Isto confirma que:


A escala do multímetro em é inversamente proporcional ao fluxo de corrente através do galvanômetro.

Como a faixa de valores da resistência pode variar de alguns a M (1.000.000), um multímetro analógico possui escalas de multiplicação ou multiplicadores, para que ele possa indicar qualquer valor da resistência com o mínimo erro.

Estes três multiplicadores são conectados a três diferentes resistências, situadas no interior do multímetro. A faixa de multiplicação ou escala desejada é selecionada por meio da chave.

A faixa a ser usada na medição de qualquer resistência desconhecida depende do valor de ohms aproximado da resistência desconhecida.

• R x 1• R x 10• R x 100

Um multímetro analógico típico possui três multiplicadores:

EXEMPLO

I = 1000 mA de CA

R

V

GALVANÔMETRO

ESCALA

R

1000 mA

A maior escala de medição da resistência do multímetro analógico mostrado na figura, onde é medida uma corrente CA de 1000 mA, está dentro da faixa de zero a 1000, isto é, na escala Rx1.

/

Rev.00IMTEL007-GBE


•Se RX possuir um valor de, por exemplo, 3750 , ele será usado na faixa R x 1, o multímetro não será capaz de medi-la. Isto deve-se ao fato de que a distância entre 1000 e infinito na escala é muito pequena e não há valores intermediários.

•Se for selecionada a seguinte faixa, R x 10, o ponteiro se movimentaria, indicando 375 (3750/10). A alteração da faixa faz com que o ponteiro se movimente, pois a resistência de R x 10 possui somente 1/10 da resistência R x 1.

•Se for usada a faixa R x 100 para medir a resistência de 3750 acima mencionada, o ponteiro se movimentará ainda mais, até a posição de 37,5 (3750/100). Este movimento deve-se ao fato de que a resistência R x 100 possui somente 1/10 da resistência R x 10. Portanto, na seleção da menor resistência em série, o ponteiro se movimentará ainda mais.

•O layout do circuito mostrado na figura para medição da resistência de um circuito faz com que a mesma quantidade de corrente atravesse o galvanômetro do multímetro, sem levar em consideração se a resistência é de 10,000 na escala R x 1, de 100.000 na escala R x 10 escala ou de 1.000.000 na escala R x 100 .

Ajuste para zero em um multímetro analógico

Como as resistências do multiplicador são de valores diferentes, o multímetro deve sempre ser ajustado para zero após fazer-se uma alteração na chave do fator de multiplicação.

NOTA

Como varia a medição com seleção de faixa?

/

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ATIVIDADE

2

1

3

Para reforçar o conteúdo tratado na seção Medição com o multímetro analógico, tente fazer a seguinte atividade.

Abaixo são apresentadas três condições de medição de corrente. Assinale a(s) opção(ões) que considerar correta(s) em cada caso, de acordo com o layout do circuito correspondente a cada medição.

I = 0,7 mA

I = 0,5 mA

I = 150 mA

I = 10 mA de CA

I = 1000 mA de CA

I = 1000 mA de CC

I = 100 mA

ESCALA

I = 1000 mA

I = 100 mA de CA

GALVANÔMETRO

R

V

I

R

V

GALVANÔMETRO

ESCALA

R

I

R

V

GALVANÔMETRO

ESCALA

R

I

/

Rev.00IMTEL007-GBE

3. O multímetro

Os multímetros digitais são classificados de acordo com o conversor analógico para digital (A/D), incluído em seu projeto. A função do conversor A/D é transformar ou converter uma tensão de entrada analógica em uma representação numérica.

51 189

Multímetro digital3.3

Visor

Botões de função

Chave rotativa

Entradas da sonda de teste

Sondas de teste

Multímetro digital: Partes principais

Visor


Botões de função

Chaverotativa

Sondas de teste

1

2

3

4

5

/

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Visor

O visor do multímetro é dividido em duas partes:1.1 Parte digital1.2 Parte analógica

Multímetro digital3. O multímetro 52 189

1.1 Parte digital

A parte digital mostra as seguintes leituras:

•Em valores de 00000 a 99999.•No caso de um valor negativo, é mostrado o sinal de menos (-).•O ponto decimal é colocado automaticamente.

1.2 Parte analógica

A parte analógica mostra as leituras em um ponteiro de 32 segmentos. Outros modelos possuem 31 segmentos. O ponteiro analógico atualiza sua leitura 25 vezes por segundo, ao passo que o ponteiro digital o faz somente duas vezes por segundo. É preciso observar que, como nem todos os multímetros digitais possuem este componente, ele é mencionado somente como dispositivo suplementar.

parte digital

Multímetro analógico e parte digital

parte analógica

1

/

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2

Valores mínimo, máximo e médio

Seleção manual da faixa

Memorizar ou reter este valor

Freqüência e ciclo útil

Leituras relativas

Teste de continuidade / alarme do valor de pico

Seleção CC / CA da resistência e capacitância

Iluminação do visor

GLOSSÁRIO

PICO MIN MAX: Valor de pico, máximo ou mínimo.

Botões de FunçãoMIN MAX RANGE HOLD H

REL HZ

PICO MIN MAX

Botões de função

Nem todos os multímetros são equipados com estes botões, pois eles podem variar, dependendo do modelo e marca.

NOTA

• Medição da tensão• Medição da resistência• Teste de continuidade• Medição da corrente

• Medição da capacitância• Medição da freqüência• Temperatura• Transistores

Medições básicas de um multímetro digital

Os botões de função são usados junto com a chave rotativa para escolher os modos de operação.

Medições avançadas de um multímetro digital

/

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mA µAA VCOM

10 A MÁXCOM FUSÍVEL

400 mA MÁX COM FUSÍVEL

1000 V MÁX


Na parte inferior do multímetro, há quatro entradas da sonda de teste. As sondas de teste são introduzidas nestas entradas.

4

3 Chave rotativa

A chave rotativa é um botão que pode ser girado para a escolha de qualquer uma das funções executadas pelo multímetro.

EXEMPLO

Esta figura mostra a seleção da função temperatura.

Funções a serem selecionadas

• Tensão CA: seleção automática da faixa para 400mV, 4V, 40V, 400V ou 1000V CA

• CC tensão: seleção automática da faixa para 4V, 40V, 400V ou 1000V CC

• Milivolts CC: Faixa de 400 mV CC• Teste da resistência (Ω), condutância (1/Ω),

capacitância ou continuidade • Teste do semicondutor: Mede a tensão necessária

para gerar uma corrente de 1 mA através da(s) junta(s) dos materiais do semicondutor (PN), dentro da faixa de 3 volts. Se com 3 volts, uma corrente de 1 mA não for suficiente, a leitura do visor será OL.

• Miliampères ou ampères CC ou CA : Quando o multímetro é ligado, CC é automaticamente selecionado. Querendo mudar para CA, basta pressionar o botão azul ou um botão similar. A seleção automática de faixa é para 40 mA ou 400 mA quando for usado o ponto de entrada mA μA ou para 4000 mA ou 10 A quando for usado o ponto de entrada A.

• Microampères CC ou CA : Quando o multímetro é ligado, CC é automaticamente selecionado. Querendo mudar para CA, basta pressionar o botão azul ou um botão similar. A seleção automática é 400 μA ou 4000 μA, quando se usa o ponto de entrada mA μA.

• Temperatura

/

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Sondas de teste

Uma extremidade da sonda de teste é vermelha e a outra é preta; às vezes, uma ou ambas as extremidades são condicionadas com garras jacaré para facilitar a fixação.


Para COM comumSonda de teste preta

Sonda de teste vermelha

Para a entrada requerida: A, mA, mA ou V Ω

Para efetuar medições, são sempre feitas as seguintes conexões:

5

Para que são usadas as entradas da sonda de teste?•A: Medição da corrente em ampères. Usado para medições da corrente (CA ou CC) até 10 ampères contínuos ou 20 ampères por apenas 30 segundos.•mA, µA: Medição da corrente em miliampères e microampères. Usado para medições da corrente até 400 mA (CA ou CC) ou menos.•COM: Sonda comum. É a sonda comum ou de retorno usada em todas as medições.•V Ω : Usado para medição da tensão, resistência ou teste do semicondutor.

Para reforçar os conceitos do multímetro digital, assinale a opção correta das seguintes afirmações.

ATIVIDADE

4 Ao ser ligado o multímetro, a seleção automática é…

Entrada exigida: A, mA, mA ou V Ω comum COM

2 A sonda de teste preta é conectada à seguinte entrada:

3 A sonda COM comum é usada para…

Sim Não

1 O multímetro digital mede apenas tensão e corrente.

Medição apenas da corrente.Todas as medições.

CC.CA.

/

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Operação do multímetro digital3.4

Precaução: Para evitar descarga elétrica ou dano ao multímetro, não devem ser aplicados mais de 600 volts entre a sonda e a terra.

NOTA

• Evite efetuar medições se você estiver sozinho.• Para evitar medições incorretas, não use o

multímetro se ele estiver danificado.• Verifique se o isolamento da sonda de teste não

está danificado. Verifique a continuidade da sonda de teste e substitua as sondas se estiverem danificadas.

• O multímetro deve estar em boas condições de funcionamento. No teste de continuidade, uma leitura de OL a 0 geralmente indica funcionamento apropriado do multímetro.

• Selecione a função de medição e a faixa adequadas. Para evitar choque elétrico, é preciso tomar cuidado especial ao se trabalhar com tensões acima de 60 VCC ou 25 VCA RMS.

• Em primeiro lugar, desconecte a sonda de teste conectada à tensão (viva) antes de desconectar a sonda conectada a um ponto comum (terra).

• Siga todos os procedimentos de segurança do equipamento que estiver sendo testado. Desconecte a tensão da rede elétrica e descarregue todos os capacitores (especialmente os de alta tensão) antes de testar as funções de continuidade Ω.

• Ao medir a corrente (o circuito é aberto e o multímetro é conectado em série), desconecte a rede elétrica antes de conectar o multímetro ao circuito.

• Verifique os fusíveis do multímetro antes de medir a corrente em transformadores de corrente. Um fusível queimado pode causar tensão perigosamente alta.

Antes de usar um multímetro digital, você deve ser informado sobre as medidas de segurança, tanto para o usuário quanto para o dispositivo.

Serão usadas as seguintes palavras:

Advertência : para referir-se a algo que possa danificar o multímetro

Precaução : para referir-se a algo que possa representar perigo para o usuário

Medidas de segurança

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Rev.00IMTEL007-GBE

Instruções de operação do multímetro digital

Abaixo é apresentada uma descrição de como operar um multímetro digital. Estas instruções têm por base a série comercial 80 V, marca registrada da FLUKE.

Operação do multímetro digital3. O multímetro 57 189

A forma do multímetro a ser usado ao serem efetuadas de medições pode variar, bem como suas funções especiais e limitações. Por esta razão, é aconselhável examinar o manual específico do multímetro caso sejam necessárias informações adicionais.

Medição da tensão da corrente alternada

Para medir a corrente alternada, primeiro é necessário desconectar as extremidades do multímetro de um ponto de medição.

Em seguida, siga estes passos:

Antes de iniciar qualquer medição elétrica, é necessário tomar precauções e verifique se a posição do multímetro é a correta.

NOTA

A mA µA COM

CAT III 1000CAT IV 600 V

10A MÁX COM FUSÍVEL

VΩ→+

EXTREMIDADE VERMELHAEXTREMIDADE

PRETA

Conecte as extremidades preta e vermelha conforme mostrado na figura.

1

/

Rev.00IMTEL007-GBE

Leitura da tensão CA.


Botão na posição para medir a tensão CA.

OFF

mV

LEMBRETE

Lembre-se de que as tensões CA não são constantes, portanto o multímetro indicará seu valor RMS.

Pegue as extremidades preta e vermelha e conecte-as em paralelo ao ponto a ser medido, conforme mostrado na figura.3

Gire o botão do multímetro e selecione o símbolo mostrado na figura. Agora o multímetro está pronto para medir uma corrente alternada.2

FLUKE 87 V

V

µA

mA A

V

/

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Medição da tensão da corrente contínua

Para medir a tensão de corrente contínua, as extremidades do multímetro devem ser desconectadas de um ponto de medição e o Passo 1 acima mencionado para medição das tensões da corrente alternada também deve ser seguido.

Os próximos passos estão descritos abaixo:


1

Botão na posição para medir a tensão CC.

Posições

PosicionesV

mA A

V

mV

µA

OFF

MIN MÁX RANGE HOLD H

pico MIN MÁX

REL HZ

FLUKE 87 V

O mesmo que o Passo Nº 1 de Medição de CA.

Dependendo da magnitude da tensão que se espera ser lida, o botão deve ser girado para uma das duas posições mostradas na figura.2

/

Rev.00IMTEL007-GBE


3 Pegue as extremidades preta e vermelha e conecte-as em paralelo ao ponto a ser medido, conforme mostrado na figura. Lembre-se de que a extremidade vermelha é usada para o terminal positivo e a extremidade preta para o terminal negativo. Se eles forem conectados de outra forma, a leitura da tensão será invertida. Por exemplo, supondo que a leitura da bateria na figura seja de 24 VCC. Se as conexões da extremidade tiverem sido invertidas, a tensão medida seria de -24 VCC.

Leitura da tensão de CC


Para medir valores da resistência no circuito, é necessário desconectar as extremidades de qualquer circuito onde elas podem estar colocadas.

Em seguida, são seguidos estes passos:

1

FLUKE 87 V

O mesmo que o Passo Nº 1 de Medição de CA.

/

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Botão do multímetro na posição para leitura da resistência, da capacitância e do teste de continuidade.

3Conecte as extremidades ao circuito ou ao elemento resistivo a ser medido. Lembre-se que o multímetro fará com que uma corrente bem pequena atravesse o circuito ao qual ele estava conectado para medir a resistência. Portanto, caso se pretenda somente um valor da resistência de um determinado elemento e não do circuito todo, certifique-se de desconectar o elemento antes de medi-lo, conforme mostrado na figura.

Alimentação do circuito desligada

Leitura de um valor da resistência em dois pontos do circuito (resistência e

potenciômetro).

Exemplo de medição de um valor da resistência de dois elementos desconectados de um circuito.

V

OFF

V mA A

µA


pico MIN MÁX

REL HZ

mV

Gire o botão do multímetro, conforme mostrado na figura. Este modelo de multímetro possui um componente de medição da resistência incorporado, bem como leitura da capacitância e da continuidade no circuito.

2

1 23

Sondas de teste desconectadas

/

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Medição da capacitância

A maioria dos multímetros digitais possui recursos de medição da capacitância incorporados, como é o caso da resistência.


1 O mesmo que o Passo Nº 1 de Medição de CA

2 O mesmo que o Passo Nº 2 de Medição da resistência

3 Organize os pontos de teste, conforme mostrado na figura.

Para medir um valor de capacitância, primeiro tenha certeza de que as extremidades de qualquer circuito estejam desconectadas.

+

Leitura de um capacitor

/

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Teste da continuidade

Conforme mencionado nas instruções para medição da resistência em um circuito colocando-se o botão na posição para ler a resistência, o multímetro é organizado também para testar a continuidade de um circuito.


O teste de continuidade é especialmente útil para identificação de falha em circuitos.


2 O mesmo que o Passo Nº 2 de medição da resistência

Para testar a continuidade do circuito, devem ser seguidos os seguintes passos:

3 Pressione o botão de som mostrado na figura. Desta forma, quando houver continuidade em um circuito, o multímetro gerará um som que permitirá ficar ciente da continuidade sem ter que virar para ver o visor. Para desativar o som, basta pressionar novamente o botão.

Botão para ativar o som de continuidade


pico MIN MÁX

REL HZ

FLUKE 87 V

Ativa o som de continuidade

/

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4 Faça o contato das extremidades do multímetro no circuito ou elemento cuja continuidade estiver sendo verificada.

ON (fechado)

Caso onde há continuidade Caso onde não há continuidade

Teste do diodo

Para testar se um diodo está em boas condições, certifique-se de desconectar as extremidades do multímetro e, em seguida, siga este procedimento.


2 Gire o botão até a posição mostrada na figura

Botão do multímetro na posição para um teste do diodo

FLUKE 87 V

OFF (aberto)

FLUKE 87 V


REL HZ

OFF

V

µA

mA A

V

mV

pico MIN MAX

/

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3 Estabeleça contato com as extremidades do multímetro nos terminais do diodo.As leituras correspondentes às condições do diodo são interpretadas da seguinte forma:

V< 0,85 VCC.Bom

V≤ 0,1 VCC (Curto-circuito) ou “OL” (se o diodo estiver aberto).

Insuficiente

Medição de CA e CC

Para medir a corrente que atravessa um circuito (seja CA ou CC), siga estes passos:

1 Conecte as extremidades do multímetro, conforme mostrado na figura. Observe que há duas entradas diferentes para medição da corrente. Uma delas é para mA/µA e a outra é para A; conseqüentemente, você deve ter uma idéia da magnitude da corrente destinada a ser lida.

A mA µA COM


10 A MÁX COM FUSÍVEL

V

100 mACOM FUSÍVEL

A mA µA COM


10 A MÁX COM FUSÍVEL

V

100 mACOM FUSÍVEL

Conexão das extremidades do multímetro para leitura da corrente em mA

Conexão das extremidades do multímetro para leitura da corrente em A

Se não tiver certeza da magnitude que a corrente pode atingir, não conecte o multímetro, conforme mostrado na figura correspondente à leitura em mA, pois uma exposição prolongada a uma corrente superior à que ele é capaz de suportar fará com que o fusível se queime.

NOTA

NOTA

É importante lembrar-se de que sob nenhuma circunstância as extremidades do multímetro devem ser colocadas no circuito se ele não estiver pronto para medição.

/

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2 Gire o botão até a posição mostrada na figura.

3 Desligue a fonte de alimentação do circuito a ser examinado e, em seguida, abra o ramal onde pretende medir a corrente.

OFF

4 Conecte o multímetro em série, de forma que o circuito fique fechado. A figura mostra como um multímetro deve e como não deve ser conectado para medir a corrente que atravessa a resistência.

Conexão correta Conexão incorreta

Botão na posição de leitura CC e/ou CA

5 Após a medição, desligue a fonte de alimentação, desconecte o multímetro e feche o ramal que estava anteriormente aberto.

V

OFF

V mA A

µA

MIN MAX RANGE HOLD H

pico MIN MÁX

REL HZ

mV

/

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Manutenção preventiva e verificação

Ponteiras de teste e cabos tendem a ser fontes de problema, pois estão sujeitas a manuseio contínuo. Além disso, ponteiras de teste removíveis podem soltar-se e fazer um contato incorreto ou as conexões internas podem partir-se e girar de forma intermitente.

Verificação das ponteiras de teste

Estas inconveniências podem ser verificadas colocando-se a tecla de função em e provocando curto-circuito nas ponteiras, curvando os condutores e puxando-os. Enquanto isso, verificar se não ocorrem nenhuma alteração irregular na leitura (se ocorrerem, isto indica conexões soltas).

As funções de intensidade e tensão devem ser verificadas de maneira similar enquanto estiverem conectados a uma fonte de tensão de teste.

É muito importante para a segurança pessoal verificar a condição dos instrumentos quando forem executadas tarefas em circuitos energizados.

NOTA

Verificação da bateria (Analógica)

Para efetuar uma medição correta da resistência, deve ser verificada a condição da bateria.

1. Coloque o seletor de função em .2. Coloque o controle de faixa em Rx1 e ponha em curto-circuito os pontos. Gire o

potenciômetro de ajuste em para levar o ponteiro até uma deflexão de escala plena (posição) ou ajuste a zero.

3. Se possível, ajuste o ponteiro até a escala plena; do contrário, a bateria deve ser substituída.

4. Se ele atingir a escala plena, os pontos devem ser mantidos em curto-circuito por 10 segundos. Se for notada qualquer deflexão significativa do ponteiro, afastando-o da posição de escala plena, isto indica que a bateria está fraca.

Etapas de verificação:

DVerificação da bateria (Digital)

1. A leitura Low Batt aparecerá no visor.

/

Rev.00IMTEL007-GBE

• O multímetro é um elemento muito frágil; por esta razão, ele não deverá ser golpeado nem colocado em um ambiente úmido ou exposto à luz solar ou altas temperaturas.

• O seletor de função deve ser girado lentamente para que seja mantido em boas condições. Quando não for usado, coloque-o na posição OFF.

• Quando o instrumento for desconectado, deve ser verificado se a posição do ponteiro está em zero; se não estiver, o aperto do parafuso de ajuste deve ser corrigido.

• Quando o valor da magnitude elétrica a ser medida for desconhecida (tensão de corrente CA ou CC), antes da introdução das extremidades, a tecla de seleção deve ser colocada na faixa correspondente na magnitude mais alta para certificar-se de que o instrumento não seja danificado; ao ser feita a primeira leitura, a faixa será reduzida para a mais adequada.

• Quando a polaridade do circuito for desconhecida, um dos pontos será ligado a um dos pontos a serem medidos e um ponto deverá ser rapidamente encostado ao outro ponto, sempre em faixa alta, para verificar a direção à qual o ponteiro se desvia.


Desenvolvimento de medidas de segurança

NOTA

Multímetros fabricados para ambientes sujeitos a risco de explosão levam a palavra “Ex” no nome do modelo e o seguinte símbolo é impresso:

Questões gerais a considerar

A International Electrotechnical Commission (IEC) desenvolve normas gerais internacionais para a segurança em medição, controle e uso de equipamentos elétricos.

São usadas as normas IEC 61010 – 1 como base para as seguintes normas nacionais:

•ANSI/ISA- S82.01-94 dos EUA•CAN C22.2 N° 1010.1-92 do Canadá•EN61010 – 1:2001 da Europa

/

Rev.00IMTEL007-GBE


Para ambientes normais Para ambientes com risco de explosão

Para melhor compreender os conceitos de operação do multímetro, indique se as seguintes afirmações são verdadeiras ou falsas.

ATIVIDADE

FALSOVERDADEIRO

Para medir corrente alternada, primeiro é necessário que as extremidades do multímetro sejam conectadas ao ponto de medição.

2

Em primeiro lugar, a sonda de teste conectada à tensão (viva) deve ser desconectada e, em seguida, a sonda de teste conectada ao ponto comum (terra) deve ser desconectada.

1

Para efetuar uma medição correta da resistência, a condição da bateria deve ser verificada.

4

Quando a chave rotativa não for usada, ela deverá ser colocada na posição “Temperatura”.

3

/

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3. O multímetro

As maneiras de efetuar medições com um multímetro digital estão descritas abaixo. Ao mesmo tempo, também são fornecidos detalhes das medidas preventivas que devem ser tomadas ao serem efetuadas estas medições.

70 189

Medição com o multímetro digital3.5

Se, ao ser efetuada qualquer medição, aparecerem no visor as letras OL, isto significa que foi excedido o valor máximo da faixa (acima do limite).


Para medir a tensão, é seguido este procedimento:

A sonda de teste é colocada em cada extremidade do dispositivo para o qual a tensão será medida, de forma que ela fique em paralelo com o multímetro, conforme mostrado na figura.

É selecionado o tipo de tensão: CA, CC de 0,001 V-1000 V e CC de 0,01 mV-400 mV. O multímetro é colocado em paralelo com o dispositivo para o qual a tensão será medida.

A sonda de teste vermelha é inserida na entrada VΩ.

A sonda de teste preta é inserida na entrada COM.1

3

2

4

Fonte de tensão

R1

R2V


/

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Medição com o multímetro digital3. O multímetro 71 189

Medição da alta tensãoA maioria dos multímetros digitais pode medir até 600 volts em sua faixa mais alta.No entanto, às vezes é necessária uma tensão mais alta e, para esta finalidade, deve ser usado um ponto de teste de alta tensão.

Um ponto de teste de alta tensão é um divisor de resistências, como o mostrado no exemplo abaixo.

EXEMPLO

Como a resistência em série é de 999 MΩ e a resistência na saída do divisor é de 1 MΩ, o divisor possui uma relação de 1000 para 1. 30,000 volts no ponto de teste de alta tensão serão convertidos em 30 volts na entrada do multímetro.

Ponto de teste de alta tensão

Sinal a ser medido

990 M

1 M RL

Devido à presença de alta tensão, as resistências em série devem ser seladas e instaladas na parte isolada do ponto de teste de alta tensão. Considerando uma relação do divisor de 1000 para 1, até mesmo as resistências de pequena variação na saída do divisor afetam a exatidão da medição.

A alta tensão da medição de CC terá uma exatidão de 1%, observando as especificações de temperatura e umidade. Se a umidade relativa estiver acima de 90% ou se a temperatura estiver abaixo de -16°C (3,2°F) ou acima de 40°C (104 °F), a medição não será muito precisa.

Em medições de CC de alta tensão, o terminal de terra normalmente será um cabo preto separado proveniente da conexão do ponto de alta tensão.

A medição de alta tensão com um multímetro digital é como qualquer outra medição de alta tensão, com a exceção de que, além da exatidão do ponto de teste de alta tensão a ser usado, deve ser levado em consideração o perigo representado pela alta tensão.

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CAT III

CAT II

CAT I

Conexão trifásica no dispositivo, qualquer condutor externo

Distribuição trifásica, incluindo iluminação comercial monofásica

Cargas de recebimento monofásicas conectadas

Dispositivos eletrônicos

•Indica a “origem da instalação”, isto é, onde é feita a conexão de baixa tensão à fonte de alta tensão.

•Medidores de eletricidade e equipamentos de proteção principal contra sobrecorrente.

•Entrada externa e de serviço, cabo de ligação da fonte de alta tensão até o prédio, seção entre o medidor e o painel

•Linhas aéreas até prédios não adjacentes, linha subterrânea até a bomba do poço

•Equipamentos em instalações fixas, tais como conjunto de manobra de alta tensão e motores polifásicos

•Alimentadores e coletores de instalações fabris•Fiação de alimentadores e curtas, dispositivos do painel de distribuição

•Sistemas de iluminação em prédios de grande porte

•Tomadas de força de dispositivo elétrico com conexões curtas até as entradas de serviço•Cargas de eletrodomésticos, instrumentos portáteis e outros aparelhos de uso doméstico similares

•Tomadas de força e fiação mais longas•Tomadas de força em mais de 10 medidores provenientes de uma fonte CAT III

•Tomadas de força em mais de 20 medidores provenientes de uma fonte CAT IV

•Equipamentos eletrônicos protegidos•Equipamentos conectados a circuitos (fonte) nos quais foram tomadas medidas para reduzir sobretensão transitória até um baixo nível adequado

•Qualquer fonte de alta tensão e baixa potência originada de um transformador de enrolamento de alta resistência transformador de enrolamento, como a parte de alta tensão de uma fotocopiadora

Categorias de instalação baseadas em sobretensão

CAT IV

Categoria da sobretensão

ExemplosEm resumo

Nota: As normas IEC 61010 – 1 aplicam-se a equipamentos de medição de baixa tensão (< 1000 V).

/

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CAT IV

CAT III

CAT IICAT I

Categorias de sobretensão

• O ponto de teste de alta tensão sempre deve estar conectado quando o equipamento for desenergizado. Sempre que for necessário efetuar uma medição em equipamentos energizados, primeiro deve ser feita a conexão com a terra e, em seguida, encostar rapidamente o ponto a ser medido no ponto de teste.

• Os arcos formados entre o ponto de alta tensão e o ponto de teste de alta tensão podem comprovar serem nocivos, tanto para o ponto de teste quanto para os componentes do equipamento que estiver sendo testado. Estes arcos devem ser evitados.

• Ao ser efetuada uma medição de alta tensão, deve ser verificado se tanto as mãos do operador quanto os pontos alta tensão estão secos. Como medida de segurança adicional, é recomendável deixar uma mão dentro de um bolso e utilizar luva apropriada.

• Na medição de uma tensão desconhecida, o multímetro deve ser ajustado na escala mais alta antes de usar o ponto de teste de alta tensão. Na medida do possível, deve ser evitada qualquer sobrecorrente do multímetro.

Medidas de segurança:

/

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É importante desenergizar o equipamento que estiver sendo testado e descarregar todos os capacitores. Para descarregar todos os capacitores, basta pôr em curto-circuito seus terminais.

NOTA

A resistência é lida no visor.

Certifique-se de que o contato entre as sondas de teste e o circuito a ser medido estejam livres de poeira, graxa, solda ou outras impurezas. Isto resultaria em uma leitura incorreta.

As sondas de teste são introduzidas no circuito de forma similar, conforme mostrado na figura.

A faixa da resistências mensurável é de 0,01Ω a 40 MΩ.

A chave rotativa é colocada na posição “Ω”.

A sonda de teste preta é conectada à entrada COM e a sonda de teste vermelha é conectada à entrada VΩ.



Siga este procedimento para ler o valor da resistência de um circuito ou dispositivo:

1

2

3

4

5

6

Rede elétrica

de tensão

R3

R1

R2


/

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Teste de continuidade

Com o teste de continuidade, é feita uma verificação para ver se as conexões do circuito e as linhas do circuito (condutores) estão em boas condições.

O teste de continuidade é tão rápido que é usado para detectar aberturas do circuito ou curtos-circuitos de apenas 1 milissegundo. Este recurso também permite a busca de falhas intermitentes em cabos, conexões, chaves, relés, etc.


Este teste é realizado com o seguinte procedimento:

Medição da corrente

Para medir a corrente, é seguido este procedimento:

A sonda de teste preta é conectada à entrada COM e a sonda de teste vermelha é conectada à entrada VΩ.

O botão é pressionado. Isto permite um alarme audível; no entanto, nem todos os multímetros possuem este botão.


A sonda de teste de cada multímetro é colocada em uma das partes do circuito entre as quais a continuidade pode ser verificada.

Se for produzido um som, isto significa que há continuidade (ligação elétrica) entre as duas partes. Caso contrário, não há continuidade.

1

2

3

4

5

Em seguida, é escolhido onde inserir a sonda de teste vermelha, conforme abaixo:Em A

For CC ou CA, cujos valores estejam entre 0,1 µA e 400 mA.

Em mA, µA

Para CC ou CA, cujos valores estejam entre 1 mA e 20 A.

2

A sonda de teste preta é inserida na entrada COM.1

LEMBRETE

É importante desenergizar o equipamento que estiver sendo testado e descarregar todos os capacitores.

/

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A corrente elétrica é medida.

A corrente elétrica é medida.

A posição da chave rotativa é selecionada conforme abaixo:

O multímetro é conectado em série, conforme mostrado na figura.


3

5

6

Não deve haver nenhuma tentativa de medir a corrente em um circuito cujo potencial esteja acima de 600 volts. Isto danificaria o multímetro (ou seu fusível), e, acima de tudo, o usuário estaria em considerável perigo de descarga elétrica.

NOTA

For CC ou CA cujos valores estejam entre 0,01 mA e 20 AEm mA, A

For CC ou CA cujos valores estejam entre 0,1 µA e 4000 µA

Em µA

Quando a corrente é medida, o multímetro é colocado em série com o dispositivo cuja medição será efetuada.

4

R

V

I

/

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Medição de sinais CA


Os seguintes conceitos serão definidos abaixo:a. Tensão máxima ou de picob. Tensão média ou de corrente contínuac. Tensão efetiva ou RMS

a. Tensão máxima ou de pico

A tensão da corrente alternada usada em aplicações tanto domésticas quanto industriais exibe a forma de um sinal senoidal; sua freqüência é de 50 Hz ou 50 cps.

Nesta tensão da corrente alternada, a freqüência de 50 Hz indica que este sinal aparece 50 vezes em 1 segundo. O período do sinal é o tempo decorrido entre 2 valores máximos e 2 valores de pico; no caso de 50 Hz, ele é de 0,02 segundo ou 20 milissegundos, que pode também ser representado como 2 ou 360°.

VMAX= VPICO = 170 V

VCA = 120 V

Um ciclo = 2= 360°

Um ciclo= 20,00 mseg

Ciclo de tensão da corrente alternada e relação de tensão CA na tensão de pico

É importante ter uma clara noção do que significa uma medição. Portanto, para o mesmo sinal, poderá haver um valor máximo ou de pico, um valor médio ou de corrente contínua e um valor RMS ou efetivo. A compreensão destes termos permitirá que o aluno entenda a diferença entre estas medições.

No caso de 60 Hz, o período é 0,016 segundo ou 16,67 ms.

/

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Conforme mostrado na figura anterior, o valor da tensão instantânea muda continuamente, adquirindo valores positivos e negativos, ultrapassando o valor zero 120 vezes em 1 segundo.

O valor instantâneo máximo é conhecido como a tensão máxima ou tensão de pico.

A equação que define o valor instantâneo máximo é a seguinte:


EXEMPLO

Se houver uma tensão de corrente alternada de 120 VAC, a tensão máxima ou de pico pode ser determinada multiplicando-se esse valor pela raiz quadrada de 2, resultando, assim, em uma tensão de pico de 170 V. Isto pode ser testado por meio de experimento, com o uso de um osciloscópio. O valor acima mencionado de 170 volts é um valor instantâneo, que é freqüentemente usado, por exemplo, para a seleção do isolamento do condutor.

Portanto:

b. Tensão de pico ou da corrente

Neste caso, o valor instantâneo de tensão é sempre o mesmo. Portanto, seu valor médio ou de corrente contínua é equivalente àquele valor instantâneo. Nos casos em que isto não ocorrer, haverá a necessidade de se calcular o valor médio da tensão.

60 V

35 V

0 V

2 mseg 3 mseg

Um ciclo = 5 mseg Exemplo de cálculo da tensão média

V MAX V pico · V

CA2√= =

· 120V 1,414 · 120 V 170 V2√ = =

/

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A figura anterior apresenta um sinal de tensão que mantém uma amplitude de 60 volts constante por 2 milissegundos e, em seguida, apresenta uma amplitude de 35 volts por 3 milissegundos, repetindo este padrão periodicamente a uma freqüência de:


Para calcular a tensão média neste exemplo, primeiro é feito um cálculo da área de retângulos que aparecem em um período.

Primeiro retângulo 60 V

2 mseg

Área = 120 V mseg

Segundo retângulo 35 V

3 mseg

Área = 105 V mseg

Portanto, a área total é de 225 volts-mseg.

O segundo passo é dividir a área total entre o tempo decorrido no período, então:

Esta é a tensão média ou de corrente contínua deste sinal e é a que um multímetro digital mostraria em relação à função da tensão da corrente contínua.

f 1

0,005 seg200 Hz 200 cps= = =

VMÉDIA 45 V225 V · mseg

5 mseg= =V CC =

/

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Tensão efetiva ou RMS


Ao operar com:•Corrente contínua, os valores de corrente e de tensão permanecem constantes e são relacionados a qualquer circuito pela aplicação da lei de Ohm.

•Corrente alternada, os valores instantâneos tanto de tensão quanto de corrente estão mudando constantemente; até mesmo quando eles puderem ser descritos através de seus valores máximo ou de pico, será necessário encontrar uma equivalência em relação a seus valores similares de corrente contínua.

O método seguido para determinar esta equivalência usa o efeito de aquecimento que ocorre tanto com tensões quanto com correntes contínuas e alternadas em cargas resistivas. Isto deve-se ao fato de que o aquecimento é independente da direção do fluxo da corrente.

O aquecimento produzido pela resistência é relacionado à potência consumida por esta resistência, que é definido por:

Sendo:P = potência em wattsI = corrente em ampèresR = resistência em ohms

O objetivo é encontrar um valor de corrente alternada cuja magnitude em corrente contínua produza o mesmo efeito de aquecimento. Este valor é conhecido como o valor eficaz ou RMS.

P = I2 · R

A tensão efetiva ou RMS é um dos conceitos usados com maior freqüência em sistemas elétricos e eletrônicos. É importante saber com clareza o significado.

1. Eleve ao quadrado o valores instantâneos do sinal em um determinado período.

2. Calcule a média dos valores resultantes; este resultado é equivalente ao quadrado do sinal da corrente contínua.

3. Por fim, pegue a raiz quadrada do valor médio resultante; desta forma, é obtido o valor eficaz ou RMS.

No caso de outra forma de onda em corrente alternada (quadrada ou retangular), poderá ser seguido este procedimento:

/

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Para medir o RMS ou valor eficaz, é usado um multímetro digital, com a seleção da tensão ou corrente CA. Todos os multímetros digitais possuem a capacidade de mostrar o valor RMS dos sinais senoidais, mas nem todos eles podem mostrar o valor RMS dos sinais não senoidais.

Para medir um sinal sem uma forma senoidal, podem ser usados multímetros digitais com a especificação TRUE RMS (RMS verdadeiro); do contrário, seria obtida uma medição errônea. Portanto, é importante conhecer o tipo de sinal a ser medido.

A figura abaixo mostra o valor RMS de uma onda senoidal, uma quadrada e uma triangular, respectivamente.

A

A

A

ARMS= 0,707 A

ARMS= 1 A

ARMS= 0,577 A

Valor máximo e RMS de diferentes sinais

GLOSSÁRIO

O termo RMS vem das palavras Root-Mean-Square (média quadrática), que descreve o procedimento já apresentado, isto é, a raiz quadrada dos valores elevados ao quadrado.

Se nos casos acima, os valores máximos fossem multiplicados por 0,707, o resultado só estaria correto para o sinal senoidal. É preciso tomar cuidado especial na medição de valores RMS em inversores e conversores, pois em algumas ocasiões as variáveis sob medição não possuem uma forma senoidal. Neste caso, deverá ser usado um multímetro capaz de medir valores RMS VERDADEIROS.

NOTA

/

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Qualquer fonte de alimentação que alimenta o capacitor é desconectada.

O capacitor é descarregado. Para verificar se o capacitor está descarregado, é medida a corrente contínua entre seus terminais.

A sonda de teste preta é introduzida na entrada COM e a sonda de teste vermelha é introduzida na entrada VΩ.


O botão azul é pressionado para selecionar o modo de medição da capacitância (em alguns capacitores, a seleção desta função pode variar).

Os valores mensuráveis da capacitância vão de 0,01 nF a 5.00 μF.

Se o capacitor for eletrolítico, a sonda de teste vermelha é ligada ao terminal positivo do capacitor e a sonda de teste preta é ligada ao terminal negativo do capacitor, conforme mostrado na figura.

Medição da capacitância

Para obter o valor da capacitância em capacitores, é seguido este procedimento:


1

2

3

4

5

6

7

+

Se o capacitor não for eletrolítico, as sondas de teste serão ligadas aos terminais do capacitor em qualquer ordem.

É efetuada a medição.

8

9

/

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Medição da freqüência

A unidade de freqüência é medida em Hertz (Hz) ou ciclos por segundo (cps).


Freqüência de um sinal

Tempo (segundos)

Sinal com freqüência de 1 Hz

Magnitude (Volts)

5 V

1 s

Para medir a freqüência do sinal, é seguido este procedimento:

A sonda de teste preta é introduzida na entrada COM e a vermelha é introduzida na entrada V Ω.

A chave seletora é colocada na posição CA.

É pressionado o botão “Hz”.

É medida a freqüência do sinal.

As sondas de teste do multímetro são conectadas à partes do circuito onde ocorre o sinal.

1

2

3

4

5

GLOSSÁRIO

A freqüência é o número de ciclos de um sinal por unidade de tempo.

/

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ATIVIDADE

Este capítulo descreveu os procedimentos para diferentes medições com um multímetro digital. Agora resolva a atividade sugerida abaixo.


3 No caso de uma tensão CA de 210 V, qual é a tensão de pico?

2 Qual(is) é(são) a(s) finalidade(s) do teste de continuidade?

1 Como é interpretada uma leitura de “OL” no visor?

4 O efeito de aquecimento depende da direção de fluxo de corrente?

Parabéns! Você concluiu o Capítulo 3. A seguir é apresentado o capítulo “Medição da potência”.

/

Rev.00IMTEL007-GBE


Medição da potência

4

Este capítulo mostra os diferentes circuitos que nos possibilitam medir a potência.


99

96

93

864.1 Medição da potência real

4.2 Medição da potência reativa

4.3 Medição do fator de potência

4.4 Instrumentos de medição da potência

4.5 Medidor da variável elétrica multifunção

91

85 189

/

Rev.00IMTEL007-GBE

4. Medição da potência 86 189

Medição da potência real4.1Uma potência de corrente contínua (sempre potência real) pode ser determinada pela medição da tensão e da corrente e com o uso da seguinte equação:

No entanto, na maioria dos casos, são usados wattímetros com dispositivos eletrodinâmicos, que indicam diretamente a potência real, se os circuitos amperimétricos e voltimétricos estiverem corretamente conectados. Na medição de correntes contínuas de maior intensidade, aproximadamente acima de 20 A, a bobina de campo é colocada sob tensão através de uma resistência em série. Conseqüentemente, a bobina móvel forma o circuito amperimétrico com essa resistência, conectado a uma resistência em paralelo.

Como trata-se de uma corrente alternada monofásica, um medidor de potência ou contador, conectado conforme mostrado na figura abaixo, indica a potência real, cuja equação é:

A

RS

1 2 3 5

(neutro) B

I0

IR

URS

A. Conexão diretaB. Deslocamento de fase da corrente que atravessa a bobina móvel e tensão URS em relação ao fluxo fi existente na bobina móvel com corrente IR (refere-se ao gráfico A)C. Conexão através de um transformador de corrente e tensão

C

u

U

v

V

1 32 5

k l

K L

Medidor da potência real para corrente alternada monofásica

P = U · I

P = U · I · cos

/

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Medição da potência real4. Medição da potência 87 189

MANUTENÇÃO

É preciso observar que, de acordo com as Normas DIN43807, os circuitos voltimétricos correspondentes aos instrumentos a serem usados para o aparelho e painéis de controle devem ser dispostos na frente de circuitos amperimétricos (com direção da potência da esquerda para a direita) e, no caso de conexão através de transformadores, a fiação secundária deve ser totalmente aterrada. Caso contrário, poderá ser gerada tensão inadmissivelmente alta entre os circuitos amperimétricos e voltimétricos.

A potência real da corrente trifásica é equivalente à soma das potências das três fases.

A maneira mais correta e precisa para medir a potência acima mencionada é usar três sistemas de medição, cujos respectivos componentes de torque são mecanicamente somados através de um acoplamento de banda, para indicar ou registrar os valores totais. Para reduzir os custos, e, como nas caixas nem sempre há espaço suficiente para um conjunto de três sistemas, são escolhidas soluções mais simples, se for permitido pela exatidão exigida.

Dispositivo de medição da potência com um sistema

Pela incorporação de uma reatância (circuito artificial), o caminho da tensão pode ser disposto em um triângulo (ver a figura abaixo). A reatância suprime o deslocamento de fase em 30° em relação à tensão até o neutro.

RST

k l

K L

1 2 3 5 8

A

A: Conexão através de um transformador de correnteB: Conexão através de um transformador de corrente e dois transformadores de tensão com isolamento bipolar

Medidor da potência real para corrente trifásica em três condutores de carga equivalente, com um sistema de medição simples e resistências ajustadas a zero

B

RST

1 2 3 5 8

u v

u v

U V U V k l

K L

()P=(√3) . UL . I . cos (Y)P=3 · UF · I · cos

/

Rev.00IMTEL007-GBE


A. Conexão através de um transformador de corrente e tensãoB. Deslocamento de fase de corrente I0 que atravessa a bobina móvel

Medidor da potência real da corrente trifásica em três condutores de carga equivalente,

com um sistema de medição simples e circuito artificial

1 2 3 5

RST

u v U V

k l

K L

A B

R

URS

ST

I0

IR

30°

Dispositivo de medição da potência com dois sistemas (Corrente trifásica de três fios com uma disposição de carga arbitrária)

A potência da corrente trifásica é:

Na rede de três fios, a soma de intensidades da corrente é nula:

Na substituição de IS=-IR-IT , resulta o seguinte:

P=UR*IR-US-*IR - US*IT +

UT*IT=URS*IR+UTS*IT

Circuito Aron

1 2 3 5 7 8 9

u v

u v

U V U V k l

k l

K L

K L

RST

A

R

ST

IT

IR

US

URSUTS

UT

U

BA. Conexão através de um transformador de corrente e tensãoB . Diagrama vetorial de cos = 1. Os dois sistemas de medição resultam nos produtos URS

.IRS e UTS.IT.

IR vem após URS em um deslocamento de fase de 30°; IT antecede UTS em 30°.

Medidor da potência real da corrente trifásica em três condutores de carga equivalente,

com um sistema de medição simples, baseado em um circuito Aron

P= UR IR + US IS + UT IT

IR + IS + IT =0

P = UR . IRS + UT . ITS

/

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Em um circuito Aron, o produto de uma tensão diferencial (entre cada tensão até o neutro) por uma intensidade da corrente é formado em cada sistema de medição. Com o uso deste circuito, a medição é independente das assimetrias de tensão, obtendo com isso os resultados corretos se a soma geométrica das principais correntes de três fios for igual a zero. Esta condição é satisfeita em cada caso (porque não há neutro), desde que não haja ocorrência de falhas de terra ou correntes capacitivas aparentes em relação à terra.

Dispositivo de medição da potência com três sistemas (Corrente trifásica de quatro fios com disposição de carga arbitrária)

Em cada sistema de medição, é formado o produto da corrente diferencial por uma tensão (até o neutro). Os sistemas de medição consistem em uma segunda bobina de campo através da qual a corrente do terceiro condutor passa a fluir na direção oposta. O ponto neutro no circuito voltimétrico é estabelecido artificialmente. Ao contrário de um circuito Aron, este sistema não depende de assimetrias de corrente e não causa erros de medição, se a soma geométrica das tensões dos condutores principais não for igual a zero. Conseqüentemente, este sistema beneficia-se do fato de que a simetria de tensão em redes de quatro fios proporciona mais garantia que a intensidade da simetria de corrente.

Com o uso dos circuitos conforme a figura abaixo, serão obtidos os resultados corretos se as tensões forem assimétricas ou simétricas, isto é, se a corrente atravessar o condutor neutro.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 11

RST

(neutro)

K LK L

K L

A

1 3 5 7 9 112 4 6 8

V V V

V V V

x x x

x x x

RST

K LK L

K LB

A: Conexão através de um transformador de correnteB: Conexão através de um transformador de corrente e três transformadores de tensão com isolamento unipolar em redes de alta tensão de três condutores

Medidor da potência real de corrente trifásica com uma carga arbitrária e triplo sistema de medição

/

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Neste caso, a potência da corrente trifásica também é :

Se as tensões forem simétricas:

Na substituição de US= UR-UT

Resulta o seguinte:

Obtém-se:

1 2 3 4 5 6 7 8 9

RST

(neutro)

K LK L

K L

k l

k lk l

A

IR

IS

IT IRS

ITS

UR

UT

B

A: Conexão através de um transformador de correnteB: Diagrama vetorial de circuitos 2 ½ para cos = 1Os dois sistemas criam os produtos UR

.IRS e UT.ITS.

IRS antecede UR em 30°; ITS vem após UT com um deslocamento de fase de 30°.

Medidor da potência real de corrente trifásica em quatro condutores com uma carga arbitrária e duplo sistema de medição em um circuito 2½

UR + US + UT =0

P= UR IR + US IS + UT IT

P = UR · IRS + UT · ITS

/

Rev.00IMTEL007-GBE

No caso de corrente alternada monofásica (PQ=U·I·sen), o deslocamento acima mencionado é feito com um circuito, como o mostrado na figura anterior (“conexão a 90°”), ao passo que no caso de uma corrente trifásica y (PQ=3·UF·I·sen, () PQ=3·UL·I·sen), este deslocamento é obtido pela aplicação aos dispositivos de medição de uma tensão girada 90° em relação ao usado para medir a potência real.


Medição da potência reativa4.2Os instrumentos de serviço que medem a potência reativa são providos de dispositivos de medição eletrodinâmicos, incluindo um circuito magnético de ferro e um, dois ou três sistemas. Os circuitos mostrados na figura abaixo são especialmente apropriados para contadores ou instrumentos de montagem em painéis de comando.

Uma vez medida a potência real, a potência reativa PQ é medida deslocando-se a tensão em um ângulo de 90°.

1 2 3 5

RS

u v U V

k l

K L

(neutro)

Medidor da potência reativa para corrente alternada monofásica em um circuito de 90°.

1 83 5

RST

u v U V

k l

K L

Medidor da potência reativa para corrente trifásica em três condutores com uma carga arbitrária com um duplo sistema de medição.

Wattímetros portáteis são conectados de maneira similar, mas eles podem ser comutados a diferentes tensões e alguns deles à potência real ou reativa.

NOTA

/

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Medição da potência reativa4. Medição da potência 92 189

Outro método que oferece a vantagem da medição que não dependa da freqüência, ao contrário da “conexão a 90°”, é mostrado abaixo.

1 2 3 4 5 6 7 8 9

RST

neutro

k l

k l k

lK L

K LK L

Medidor da potência reativa para corrente trifásica em quatro condutores com uma carga arbitrária, com duplo sistema de

medição em “circuito 2½”

Medidor da potência reativa para corrente trifásica em três condutores com uma carga arbitrária, com duplo sistema

de medição

u v

u v

U V

U VR

ST

k l k

lK L

K L

1 3 5 7 92 8

Diga se estas afirmações são Verdadeiras ou Falsas.

ATIVIDADE

FALSOVERDADEIRO

Wattímetros portáteis medem apenas a potência real.

2

Os dispositivos de medição da potência com dois ou três sistemas são independentes das assimetrias de tensão.

1

LEMBRETE

A unidade de potência reativa é o VAr (volt-ampère reativo).

/

Rev.00IMTEL007-GBE


Medição do fator de potência4.3

Quando correntes CA indutivas e capacitivas são conectadas em um circuito, a intensidade da corrente não varia ao mesmo tempo que a tensão; ela vai à frente ou fica para trás.

Conseqüentemente, estas resistências provocam um deslocamento cronológico entre a intensidade da corrente e a tensão, isto é, um “deslocamento de fase” que, em uma representação vetorial, é indicado como um ângulo de deslocamento entre 0° e 90°.

Como o cosseno do ângulo de deslocamento faz parte da potência real, o fator de potência é denominado também cos .

P

PZ

PX

V

A

cos

U

VW

R S T

M3 ~

Com um amperímetro, voltímetro e wattímetro de potência real, é possível realizar testes ocasionais do fator de potência em uma instalação.

NOTA

O fator de potência é determinado conforme abaixo:

Para corrente alternada monofásica:

Para corrente trifásica de três fios e carga balanceada:

Cos =

PU · I

COS = √3 · UL · I

P Y cos = P 3 · UF · I

/

Rev.00IMTEL007-GBE

Medição do fator de potência4. Medição da potência 94 189

Portanto, é possível que o campo gerado pelo circuito amperimétrico seja aproximadamente senoidal. As duas bobinas móveis são cruzadas e sujeitas a tensões fora de fase no circuito de relações. As correntes que atravessam as bobinas móveis geram componentes de torque opostos no campo magnético não homogêneo, o que depende da disposição das bobinas. Enquanto, no caso de corrente alternada monofásica, é necessário determinar uma tensão fora de fase (em relação à tensão da rede) por meio de um circuito artificial; no caso de uma corrente trifásica, a tensão fora de fase é obtida diretamente da rede elétrica (ver a figura abaixo).

Para monitorar constantemente o deslocamento de fase (por exemplo, em casas de força e coletores de grande porte), são usados medidores de fase e registradores de fase.

Estes aparelhos são equipados com medidores de relação eletrodinâmica, providos de circuitos magnéticos de ferro, cujas peças polares são feitas de uma maneira que a folga existente entre cada uma delas e o núcleo seja mínima no centro e máxima nas extremidades.

ID2

ID1IR

IR

URS

cos = 0,5 indutivo

cos = 0,5 reativo

B

1 2 3 5 11

k l

u vU V

K LRS(Neutro)

A

A. Conexão através de um transformador de corrente e tensãoB. Diagrama vetorial para a medição do fator de potência em corrente alternada monofásicaA corrente que atravessa a bobina móvel ID1 está em fase com URS e os giros superficiais da bobina móvel 1 são paralelos ao ponteiro; a corrente, atravessando a bobina móvel ID2, vem depois de URS com um deslocamento de fase de 90° e os giros superficiais da bobina móvel 2 são perpendiculares ao ponteiro.

Medição do fator de potência para corrente alternada monofásica em um circuito artificial

com uma margem de medição de 0,5 capacitiva -1- 0,5 indutiva

/

Rev.00IMTEL007-GBE

Medição do fator de potência4. Medição da potência 95 189

Ajuste do torque

Medidores de fase são desprovidos de molas direcionais; por isso, quando a corrente atravessa o instrumento, o ponteiro não indica nenhuma posição livre conhecida.

É preciso lembrar-se de que medidores de fase indicam o fator de potência da linha à qual a bobina estiver conectada e, conseqüentemente, deve-se partir do princípio de haver uma carga uniforme para uma corrente trifásica.

NOTA

R

ST

IRcos= 0 indutivo

ID1ID2

IR

UR

B

1 2 3 5 8

U V

U V

U V U Vk l

K L

RST

A

A: Conexão através de um transformador de corrente e tensãoB: Diagrama vetorial para medição do fator de potência em corrente trifásica em três condutores. As correntes que atravessam a bobina móvel ID1 e ID2 estão fora de fase em relação a UR em 30°, isto é, elas estão em fase com URs e UTR .

Medição do fator de potência para corrente trifásica em três condutores de carga equivalente, com uma margem de medição de 0-1

Ajuste É uma função direta do ângulo de deslocamento de fase , de forma que a escala possa ser graduada em valores cos (0,5 cap-1-0,5 ind; 0,8 cap-1-0,2 ind; 0-1, partindo-se do princípio que a carga seja indutiva).

Depende da intensidade da corrente que atravessa um circuito amperimétrico; sua magnitude é tanta que, em uma tensão nominal, 20% da corrente nominal são suficientes para um ajuste seguro do ponteiro.

Dispositivos de medição são praticamente insensíveis a perturbações causadas pelo campo magnético disperso.

/

Rev.00IMTEL007-GBE


Instrumentos de medição da potência

4.4

Medidor de energia

Medidor trifásico diretamente conectado

Conexão de um transformador trifásico à rede elétrica por meio de transformadores

de três correntes e dispersão da fiação secundária à terra

1

2

2

2

3

3

1

1

4

4

5

5

6

67

RST0

1. Dispositivo de ajuste no loop de resistência

2. Ímã de frenagem3. Parafuso de ajuste de carga pequena

em núcleo de tensão4. Ângulo de marcha suave5. Gancho de marcha suave6. Dispositivo de ajuste7. Dispositivo de ajuste do campo

errático

Medidor de indução com três sistemas de medição, para corrente alternada trifásica

neutra

RST

RST

Neutro Neutro

/

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Instrumentos de medição da potência4. Medição da potência 97 189

Medidor da seqüência de fases

Trata-se de um medidor que consiste em duas lâmpadas, duas resistências e um capacitor. Dependendo da ordem da seqüência de fases, uma ou outra lâmpada é acesa. É importante certificar-se de que haja tensão entre as três fases para evitar qualquer leitura errônea.

Trata-se de um medidor que consiste em três bobinas que agem em um pequeno tambor ou disco, cuja direção de rotação é o resultado da ordem da seqüência de fases.

I

II

III

I

II

III

/

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Instrumentos de medição da potência4. Medição da potência 98 189

Analisador de potência portátil

L1L2L3N

HARMÔNICOSAcq Vp-nL1L2L3220 AL1L2L3 AIN

4/1/09 17:08.11

HARMÔNICOS

Acq Vp-nL1L2L3220 AL1L2L3 AIN

4/1/09 17:08.11

ODD

%H3 %THD RMS

1,8 2,6 228

INST HARMÔNICOSVp-n 220L1

Vp-n 221L2

Vp-n 224L3

4/1/09 17:31:29

• Este dispositivo analisa todas as magnitudes elétricas do sistema

• Ele possui quatro canais de corrente e tensão

• Disparador automático com opção de restabelecimento, de acordo com a magnitude exigida

• Arquivos individuais para cada parâmetro de medição

• Programável em campo• Capaz de registrar harmônicos,

perturbações, fenômenos transitórios, intermitência, contador de energia, etc.

• Comunicação com PC• Detecção automática de fixação de

corrente conectada• Memória linear ou rotativa• Seleção automática dos parâmetros a

serem registrados

/

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Medidor da variável elétrica multifunção

4.5

A. Tipo de mediçãoB. Título do visorC. Indicador de alarmeD. Ícone de manutençãoE. Gráfico de barras (%)F. Unidades.G. Exibir mais itens de menuH. Itens de menuI. Indicador do menu

selecionadoJ. BotãoK. Voltar ao menu anteriorL. ValoresM. Fase

123N

235245236

2,4

I AMPS

fase I DEM

10 50 100

10 50 100

10 50 100

B C

D

EA

A

A

A

F

GHIJK

L

M

%

Leituras em tempo real Análise da potência• Corrente (por fase, residual, trifásica)• Tensão (L-L, L-N, trifásica)• Potência real (por fase, trifásica)• Potência reativa (por fase, trifásica)• Potência aparente (por fase, trifásica)• Fator de potência (por fase, trifásica)• Freqüência• THD (corrente e tensão)

• Fator de potência de deslocamento (por fase, trifásica)

• Tensões fundamentais (por fase)• Potência real fundamental (por fase)• Potência reativa fundamental (por fase)• Potência aparente (por fase, trifásica)• Desequilíbrio (corrente e tensão)• Rotação de fase• Magnitudes e ângulos harmônicos de

tensão e corrente (por fase)• Componentes da seqüência

Leituras da energia Leituras da demanda• Energia acumulada, real

• Energia acumulada, reativa• Energia acumulada, aparente • Leituras bidirecionais• Energia reativa por quadrante• Energia incremental• Energia condicional

• Demanda de corrente (por fase presente, média trifásica)

• Medição do fator de potência (trifásica total)

• Demanda de potência real (por fase presente, pico)

• Demanda de potência reativa (por fase presente, pico)

• Demanda de potência aparente (por fase presente, pico)

• Leituras coincidentes• Demandas de potência prevista

A

/

Rev.00IMTEL007-GBE

Medidor da variável elétrica multifunção4. Medição da potência 100

189

Leituras em tempo real Faixa aceitável

Por faseNeutroMédia trifásicaDesequilíbrio percentual

De 0 a 32.767 ADe 0 a 32.767 ADe 0 a 32.767 ADe 0 a 100,0%

Tensão

Corrente

Linha a linha, por faseLinha a linha, média trifásicaLinha a linha, por faseLinha a linha, média trifásicaDesequilíbrio percentual

De 0 a 1.200 kVDe 0 a 1.200 kVDe 0 a 1.200 kVDe 0 a 1.200 kVDe 0 a 100,0%

Potência realPor faseTrifásica total

De 0 a 3.276,70MWDe 0 a 3.276,70MW

Potência reativaPor faseTrifásica total

De 0 a 3.276,70MVARDe 0 a 3.276,70MVAR

Potência aparentePor faseTrifásica total

De 0 a 3.276,70MVADe 0 a 3.276,70MVA

Fator de potência (real)Por faseTrifásica total

De -0,002 a 1,000 a -0,002De -0,002 a 1,000 a -0,002

Fator de potência (deslocamento)Por faseTrifásica total

De -0,002 a 1,000 a -0,002De -0,002 a 1,000 a -0,002

Freqüência45-65 Hz350-450 Hz

De 23,00 a 67,00 HzDe 23,00 a 67,00 Hz

Entrada de potência reativa

Quadrante

2Watts negativos

(-)Vars positivos (+)Retardamento do

fator de potência (-)

Fluxo de potência inversoWatts negativos (-)

Vars negativos (-)Retardamento do

fator de potência (-)Quadrant

e3

Convenção do sinal de potência IEC

Watts positivos (+)

Vars negativos (-)Avanço do fator

de potência (+)Quadrant

e4

Quadrante

1Watts positivos

(+)Vars positivos (+)Avanço do Fator

de potência (+)Fluxo de potência

inversoEntrada

de potência

real

Entrada de potência reativa

Quadrante

2Watts negativos

(-)Vars positivos (+)Avanço do fator

de potência (+)Fluxo de potência

inverso

Watts negativos (-)

Vars negativos (-)Retardamento do

fator de potência (-)Quadrant

e3

Convenção do sinal de potência IEEE

Watts positivos (+)

Vars negativos (-)Avanço do fator

de potência (+)Quadrant

e4

Quadrante

1Watts positivos

(+)Vars positivos (+)Retardamento do

fator de potência (-)

Fluxo de potência normal

Entrada de

potência real

0,757

0,704

0,744

0,736

1

2

3

FP REAL

FP REAL FP D

TOTAL

O sinal do fator de potência aparece ao lado da leitura.

/

Rev.00IMTEL007-GBE


189

O medidor de potência fornece vários valores de análise da potência que podem ser usados para detectar problemas de qualidade da potência, diagnosticar problemas de fiação, etc. A tabela acima apresenta um resumo dos valores da análise da potência.

THD: Distorção Harmônica Total (THD, Total Harmonic Distortion) é uma medição rápida da distorção total presente em uma forma de onda e é a relação do conteúdo de harmônicos com o valor fundamental. Ela fornece uma indicação geral da “qualidade” de uma forma de onda. A THD é calculada tanto para a tensão quanto para a corrente. O medidor de potência usa a seguinte equação para calcular a THD em que H é a distorção harmônica.

thd: É o método alternativo para o cálculo da Distorção Harmônica Total, amplamente usado na Europa. Ele leva em consideração a corrente harmônica total e o conteúdo rms total em vez do conteúdo fundamental no cálculo. O medidor de potência calcula a thd tanto da tensão quanto da corrente. Ela usa a seguinte equação para calcular a thd em que H é a distorção harmônica:

Fator de potência de deslocamento: O fator de potência (PF) representa o grau até o qual a tensão e a corrente que entram em uma carga estão fora de fase. O fator de potência de deslocamento tem como base o ângulo entre os componentes fundamentais de corrente e tensão.

Valores harmônicos: Os harmônicos podem reduzir a capacidade do sistema de potência. O medidor de potência determina as magnitudes e ângulos harmônicos individuais por fase até o 31º harmônico para todas as correntes e tensões. As magnitudes dos harmônicos podem ser formatadas como uma porcentagem do valor fundamental (padrão), uma porcentagem do valor eficaz ou o valor eficaz propriamente dito.

Valor Faixa aceitável

Trifásica, por fase, neutro De 0 a 3.276,7%

THD – tensão, corrente

Trifásica, por fase, neutro De 0 a 3.276,7%

thd – tensão, corrente

Magnitude Ângulo

De 0 a 1.200 kVDe 0,0 a 359,9°

Tensões fundamentais (por fase)

MagnitudeÂngulo

De 0 a 32.767A De 0,0 a 359,9°

Correntes fundamentais (por fase)

Fator de potência de deslocamento (por fase, trifásica)

De -0,002 a 1,000 a + 0,002

Diversos

Rotação de fase 123 ou 321

Desequilíbrio (corrente e tensão) 1 De 0,0 a 100,0%

De 0 a 327,67%

De 0,0° a 359,9°

1 As leituras são obtidas somente través de comunicações.2 PM810 com um PM810LOG: são mostrados no visor as magnitudes e ângulos de corrente e tensão

harmônicos 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 e 13.

Ângulos individuais de corrente e tensão harmônicos 2

Magnitudes individuais de corrente e tensão harmônicos 2

H1

THD =√H + H + H + …

22

23

24 . 100%

Derms total

tdh =

√H + H + H + …

22

23

24 . 100%

/

Rev.00IMTEL007-GBE


189

Parabéns! Você concluiu o Capítulo 4.A seguir é apresentado o capítulo Medição da resistência e do isolamento.

ATIVIDADE

Com base nos dados propostos, calcule os valores exigidos para este circuito.

A placa de identificação de um transformador indica o seguinte:

•Potência nominal: 150 kVA•Tensão primária nominal: 13200V•Tensão secundária nominal: 220V

2 A resistência de 0,4 Ω está colocada no terminal secundário. Calcule os valores da corrente e da potência dissipada nesta resistência, alimentando o transformador a partir da primária, como tensão nominal.

1 Calcule a corrente nominal nas tensões primária e secundária.

/

Rev.00IMTEL007-GBE



Este capítulo trata dos diferentes métodos de medição das resistências em circuitos.


117

113

111

104

124

5.1 Medição da resistência

5.2 Pontes de medição

5.3 Medição da ligação à terra

5.4 Medição do isolamento

5.5 O megômetro

5.6 Outros dispositivos de medição

107

103

189

5

/

Rev.00IMTEL007-GBE

5. Medição da resistência e do isolamento 104

189

Medição da resistência5.1

A resistência pode ser medida com instrumentos de medição diretos ou indiretos (métodos de ponto zero ou comparação da deflexão).

EXEMPLO

Somente métodos indiretos de medição são apropriados para medir resistências inferiores a 10-2 Ω.

A escolha do aparelho correto é essencial para que se obtenha medições rápidas e precisas.

NOTA

Aparelhos de medição de leitura direta

As medições da resistência obtidas com estes aparelhos normalmente são inferidas das medições da corrente, isto é, uma determinada tensão é aplicada à resistência a ser medida e a corrente que a atravessa é medida.

Via de regra, são usados instrumentos de bobina móvel altamente sensíveis para fazer a leitura. Suas escalas são calibradas em Ohms e vão da direita para a esquerda, pois a corrente está em seu valor mais alto quando Rx=0 e nula se Rx=.

NOTA

É preciso lembrar-se de que as tolerâncias dos dispositivos de leitura referem-se ao comprimento da escala, ao passo que as das pontes de medição referem-se ao valor teórico. Portanto, ao usar pontes de medição, a exatidão atingível dentro das faixas indicadas permanece constante e bem acima daquela do aparelho de leitura direta, cujas escalas muitas vezes são hiperbólicas; conseqüentemente, os valores mostrados no final da escala são apenas uma aproximação.

/

Rev.00IMTEL007-GBE

100

050

0

200

100

5020 10

0ΩkΩ

Escala do ohmímetro de agulha II, de alta resistência ôhmica.

Escala de ohmímetro de agulha I, de baixa resistência ôhmica.

20

010

0

5020

10

0Ω

0

0

21

42 6

38

41

05

0,5 11.5

2

Escalas do ohmímetro de agulha

Medição da resistência5. Medição da resistência e do isolamento 105

189

RK1

RX

RV

U

IX

UX

B

A. O instrumento e RX são conectados em série (a medição da resistência é reduzida para a medição da corrente, ponto zero para a direita).

B. O instrumento e RX são conectados em paralelo (a medição da resistência é reduzida para a medição da tensão, ponto zero à esquerda).

U = Medição da tensãoRV = Resistência em sérieRK1 = Resistência do instrumentoRX = Resistência a ser medidaIX =Corrente que atravessa RX

UX = Queda de tensão em RX

Circuitos básicos para a medição de resistências.

A

RX

RK1RV

IX

U

Figura A: Como a intensidade da corrente e, conseqüentemente, a deflexão do ponteiro são inversamente proporcionais à resistência a ser medida, a escala é hiperbólica. As resistências Rk1 + Rv que determinam o valor em meia escala são decisivas para a escala, pois com a resistência Rx=Rk1 +Rv ela é a corrente que flui com Rx=0. Para beneficiar-se da exatidão garantida durante a medição, é melhor escolher uma margem de medição em que o valor a ser medido seja da mesma magnitude do valor em meia escala.Em muitos casos, especialmente quando se medem pequenas resistências, é usada uma baixa tensão, levando-se em consideração a capacidade de carga da resistência e para evitar que a bateria fique excessivamente fatigada. A resistência é determinada pela medição da tensão, conforme mostrado na figura acima. Figura B: Conectando-se Rx e Rk1 em paralelo, a corrente que atravessa Rk1 será nula se Rx=0 e terá seu valor mais alto quando Rx=. Portanto, o ponto zero na escala está localizado do lado esquerdo, o mesmo que com um voltímetro padrão. Este circuito facilita uma execução linear da escala e permite estabelecer um limite superior, de acordo com a resistência Rv selecionada.

Aparelhos com várias margens de medição às vezes combinam ambos os circuitos. Portanto, eles podem incluir uma escala que vá da esquerda para a direita e outra da direita para a esquerda.

/

Rev.00IMTEL007-GBE

Medição da resistência5. Medição da resistência e do isolamento 106

189

Se for usada uma bateria como fonte de medição da tensão, a influência da redução experimentada pela tensão da bateria ao longo do tempo poderá ser eliminada até um certo ponto. Antes de ser efetuada a medição e enquanto os terminais do equipamento estiverem em curto (método de corrente) ou ligados em ponte pelo acréscimo de uma resistência extra (método de tensão), uma derivação magnética ou uma resistência é regulada de forma que a agulha do instrumento aponte para zero ou a marca final na escala.

A V

R

1

2

Se o valor da tensão a ser aplicada for desconhecido, a resistência R será medida com um amperímetro e um voltímetro (R=U/I). O voltímetro será conectado ao ponto 1 se o valor da resistência a ser medida for alto e ao ponto 2 se for baixo.

Assinale a resposta correta.

ATIVIDADEevitar descarregar a bateria.evitar queimar a resistência.

3 Quando são medidas resistências baixas, são usadas baixas tensões para…

menos precisas.mais precisas.

1 Entre instrumentos de medição direta, as pontes de medição são …

à direita.à esquerda.

2 Se for medida uma resistência em que o valor da queda de tensão é conhecido e for usado um amperímetro em série, o ponto zero da escala estará:

EXEMPLO

Diagrama de um ohmímetro que consiste em uma bateria e um voltímetro em série.

/

Rev.00IMTEL007-GBE


189

Pontes de medição5.2

Mediante o ajuste do zero com aparelhos altamente sensíveis, é possível obter resultados bastante precisos (erro aproximado 0,02%).O ajuste para zero é muito mais sensível quando a tensão da fonte de alimentação é progressivamente mais alta; no entanto, isto é limitado pela capacidade de carga da resistência. Portanto, por exemplo, um termômetro de resistência não deverá ser aquecido pela corrente de medição.

NOTA

Um fator decisivo na precisão de medição é a exatidão de como as resistências que formam a ponte, mas também o tipo de conexão desta última. Em relação a isto, pontes de medição cujas resistências sejam aproximadamente da mesma magnitude da resistência a ser medida são bastante favoráveis.

Nota: No segundo caso, é importante levar em conta os valores do fio de entrada e dos cabos de ligação.

RX R2

R4R3

G

Ponte Wheatstone

GR2

R4R3

RX

RN

R1

Ponte Thompson

GRX R2

L1 L2

Ponte de fio e cursor

Pontes de medição, circuitos básicos e condições de ajuste.

4

32

R

RRRX

2

1

4

3

R

R

R

R

R

R

N

X 2

12 L

LRRX

Nota: Quando a exatidão exigida não for tão significativa (tolerância aproximada 1%) e os valores da resistência estiverem entre 0,2 Ω e 50 kΩ, pontes de fio e cursor serão suficientes.

Pontes de medição são adequadas principalmente para medição de resistências. Elas são usadas também para medir outras magnitudes que podem ser representadas como valores de resistência.

Ponte WheatstoneResistência de grande e médio portes

Ponte ThompsonResistências <1 Ω

/

Rev.00IMTEL007-GBE

De acordo com sua constituição mecânica, eles podem ser classificados em pontes providas de um cursor, chaves rotativas e contatos de encaixe.

Pontes de medição5. Medição da resistência e do isolamento 108

189

As resistências de isolamento podem ser determinadas, bem como com os aparelhos de medição de leitura direta, pela comparação da deflexão (dispositivo de medição MΩ F).

Fio cursor

Chave rotativa

Contatos de encaixe

Localização das falhas em cabos

As medições exigidas para localizar falhas em cabos podem ser feitas parcialmente com uma ponte Wheatstone padrão, de acordo com o método Varley ou pela comparação de condutores.

Esta é a execução mais simples e mais barata de uma medição da resistência, permitindo uma leitura rápida, mas só pode ser usada para medições de serviço, pois o ajuste é limitado.

Também é possível fazer medições rápidas quando as pontes forem providas deste elemento. Estas pontes são usadas para medições de serviço e de precisão. Chaves rotativas de precisão garantem mínima comparação constante de uma resistência e sua própria capacitância é bastante reduzida (isto é extremamente importante ao serem medidas resistências altas, devido ao ângulo de perda).

Pontes munidas de plugues, que são altamente precisas, mas de difícil ajuste, atualmente estão em desuso; elas têm sido substituídas por pontes providas de chaves rotativas.

/

Rev.00IMTEL007-GBE


189

baR

baRR

LLL

vgL

x

12

22

1

Se a/b = 1 será ajustado, portanto:

L

vgLx R

RRLL

2

2 1

Método de comparação do condutor

Este método usa o mesmo circuito que o usado para o método Varley, com a única diferença de que o ponto com falha artificial é definido na parte distante do fio. Neste caso, a equação a ser usada será:

Lvg

LH

RR

R

b

a H

1

Se a/b =1 será RLH=Rvg1+RL e, portanto, RLH-RL=Rvg1

O método Varley

A resistência de seção LX até o local com falha suplementa a resistência de comparação Rvg1 até o valor pertinente da seção restante do loop (l-LX+LH), portanto, o ponto com falha forma o vértice da ponte. Antes disto, a resistência do loop RL+RLH loop deve ser medida com um circuito de ponte padrão.

Se a resistência do cabo L cabo for igual à do condutor auxiliar LH (geralmente, um segundo condutor de cabo), será aplicada a seguinte equação:

a

b Rcomp

LX L-LX

LH

+

a/b: Relação do divisor de tensãoRcomp: Resistência de comparaçãoL: Comprimento do caboLX: Seção do cabo até um ponto com falhaLH: Comprimento do condutor auxiliar

Localização de falhas segundo o método Varley e comparação de condutores com um circuito básico.

/

Rev.00IMTEL007-GBE


189

Z: Resistências adicionaisRcomp: Resistência de comparação L: Comprimento do caboLX: Seção do cabo até um ponto com falhaLH: Comprimento de condutor auxiliar

Localização de falhas segundo o método Murray com um circuito básico.

ATIVIDADE


3 Quais métodos são usados para detectar falhas nos cabos?

2 Que fatores são decisivos ao se usar uma ponte de medição?

1 Qual é a vantagem de se ter uma ponte com uma chave rotativa?

Ponte WheatstonePara localizar falhas de acordo com a ponte Murray, a ponte Wheatstone é suplementada com as resistências Z adicionais e um terminal M em boas condições que una a ponte de medição ao cabo. A ponte deve ser ajustada através de Rvg1 . Nesse caso, aplicam-se as seguintes equações:

Hvg

vgx LL

RZ

RL

1

1

1

12vg

vgx RZ

RLL

ó

LH

Rcomp

LX L-LX

M

Z

+

/

Rev.00IMTEL007-GBE


189

Medição da conexão à terra 5.3Em muitas instalações elétricas como, por exemplo, em redes de suprimento de baixa tensão em linhas de comunicação simples, há um polo aterrado ou então o circuito é fechado por meio de aterramento.

Em instalações onde todos os polos são isolados, as partes metálicas são aterradas. Estas não estão sujeitas a tensão durante o serviço, para desviar correntes que possam surgir de uma deterioração do isolamento. Em todos estes casos, a resistência da terra - formada pela linha de entrada, a linha de transição entre o elemento de aterramento e a terra e a linha de propagação desta última - será tão pequena que não é possível estabelecer uma queda de tensão inadmissível.

NOTA

A condutividade de aterramento pode flutuar dependendo das condições atmosféricas. Além disso, é possível que a resistência de transição entre o elemento de aterramento e a terra pode variar continuamente como resultado de corrosão ou polarização. Portanto, é necessário efetuar medições de monitoramento freqüentes, as quais, nos diferentes campos de aplicação são estabelecidas nas disposições pertinentes.

Para determinar a resistência da terra, a corrente atravessa o elemento de aterramento e a queda de tensão estabelecida é medida. Para evitar resultados de medição imprecisos – causados pelos fenômenos de polarização – geralmente é usada uma corrente alternada.

E S HE

GI

U

E: Elemento de aterramento HE: Elemento de aterramento auxiliarS: SondaG: Gerador de tensão CA

Circuito básico para medir a conexão à terra.

Se neste circuito a corrente que atravessa o voltímetro e a sonda for muito mais baixa que a que atravessa o elemento de aterramento, a resistência da sonda poderá ser ignorada e a resistência da terra RE será determinada pela intensidade da tensão e da corrente, de acordo com a fórmula RE= U/I.

/

Rev.00IMTEL007-GBE

Medição da ligação à terra 5. Medição da resistência e do isolamento 112

189

MANUTENÇÃO

• Quando instalar o dispositivo de medição, certifique-se de que o elemento de aterramento auxiliar e a sonda estejam a uma distância suficiente do elemento de aterramento principal, para que os “cones de tensão” (forte queda de tensão perto dos eletrodos) não coincidam, pois eles produzirão uma leitura falsa.

• A sonda deve ser colocada a uma distância equivalente a aproximadamente cinco vezes o comprimento do elemento de aterramento e a pelo menos 20 m afastada dele. Portanto, antes de medir, é conveniente conhecer a posição, a forma e as dimensões do elemento de aterramento.

E S HE

GP

U

UK

N E: Elemento de aterramentoHE: Elemento de aterramento auxiliarS: SondaG: Gerador de tensão alternada P: PotenciômetroN: Indicador de zero UK: Tensão de compensação

Circuito básico

Aparência externa do aparelho. Medidor de conexão à terra com bateria.

Assinale a resposta certa.

ATIVIDADE

afastados do elemento de aterramento principal.perto do elemento de aterramento principal.

3 O elemento auxiliar e a sonda devem estar …

para evitar os efeitos de polarização. para aumentar os efeitos de polarização.

1Quando se mede resistências da terra, é usada uma corrente alternada:

Apenas um elemento conectado à terra.Um elemento principal e um elemento auxiliar conectados à terra.

2 Para medir a resistência da terra, você precisa de:

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Medição do isolamento5.4

Isolamento elétrico

Isolamento elétrico é um processo pelo qual os condutores do equipamento são isolados para a obtenção de alta resistência e evitar correntes elétricas indesejáveis.

O isolamento deve ter as características diferentes das do condutor: ele tem de resistir à corrente e manter o condutor isolado durante todo o percurso do condutor.

NOTA

A finalidade do isolamento ao redor do condutor é como um cano que transporta água. A lei da Resistência de Ohm é mais facilmente compreendida quando comparada a um fluxo de água. A figura abaixo mostra um tubo; se o tubo tiver um furo, a água vazará para fora, assim como a pressão.

A tensão é como a bomba de pressão que produz eletricidade, que flui ao longo o cabo de cobre. Como no cano de água, a resistência ao fluxo é mais alta aqui, mas ela será muito mais baixa ao longo do cabo isolado.

Bomba

Tubo

Fluxo de água

Fluxo de água

Atrito

Cabo de cobre

Vazamento de eletricidade

Isolamento

Corrente Resistência

Tensão V

Uma comparação do fluxo de água e a corrente elétrica

Não é necessário estudar matemática ou eletricidade em profundidade para compreender o isolamento, é necessário apenas uma equação simples e fácil – a lei de Ohm - que pode ser muito útil de muitas maneira.

EXEMPLO

Cada cabo elétrico usado para um motor, gerador, cabo, transformador, etc., é cuidadosamente protegido com muitas formas de isolamento elétrico. O cabo que alimenta o equipamento - normalmente de cobre ou alumínio - é considerado um bom condutor de eletricidade.

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Medição do isolamento5. Medição da resistência e do isolamento 114

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O bom senso indica que se a tensão for mais alta, haverá mais corrente e, como a resistência no cabo é mais baixa, haverá mais corrente para a mesma tensão. A lei de Ohm é expressa na seguinte equação:

RIV

Portanto, o isolamento com uma resistência muito alta proporciona uma forte oposição ao fluxo de corrente, de forma que somente nestes casos ela permite que uma quantidade muito pequena de corrente a atravesse. A corrente pode ser de um milionésimo de um ampère (microampère) e estas são as bases dos equipamentos de teste de isolamento. É necessário também compreender que a alta tensão tende a aumentar a corrente ao longo do isolamento. Esta corrente poderá ou não causar problema ao isolamento.

Não há isolamento perfeito (que possua uma resistência infinita); portanto, uma pequena parte da corrente elétrica flui ao longo do isolamento para a terra.

NOTA

Fatores que afetam o isolamento

Quando um sistema de gerador e equipamento elétricos é novo, possivelmente ele está em sua melhor condição. No entanto, embora os fabricantes de fio, cabo, motores, etc. estejam melhorando continuamente estes itens para oferecer à atividade um melhor serviço, até mesmo hoje em dia o isolamento pode estar sujeito a vários efeitos que podem causar defeitos ou dano mecânico, vibração, calor ou frio excessivos, sujeira, óleos, gases corrosivos, umidade de processo ou umidade diária. Todos estes efeitos, com o tempo, fazem com que uma corrente excessiva atravesse o isolamento.

Sendo:V = Tensão em VoltsI = Corrente em AmpèresR = Resistência em Ohms

Muitas vezes, a queda na resistência do isolamento é repentina como, por exemplo quando o equipamento é alagado. No entanto, estas quedas são geralmente graduais e são detectadas se forem feitas verificações periódicas. Estas verificações permitem que as condições sejam planejadas antes da falha do serviço.

Se nenhuma verificação for feita, um motor com isolamento deficiente, por exemplo, pode ser não apenas perigoso de ser tocado quando for aplicada tensão, como também poderia queimar: o que já foi um bom isolador pode vir a ser um condutor parcial.

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Efeitos da temperatura

Em geral, as medições da resistência do isolamento podem variar entre um teste e outro devido a variações de temperatura do material de isolamento.

MANUTENÇÃO

A melhor forma para obter resultados consistentes nas medições é pela realização do teste de isolamento sob condições padrão, geralmente a uma temperatura básica de 20°C (68°F).

Se a temperatura do material que está sendo testado for mais alta ou mais baixa que a temperatura básica, a temperatura precisará ser corrigida. Via de regra, o valor de resistência do isolamento pode ser corrigido de duas formas: •Dividindo-se o valor da resistência medida por cada 10°C (50°F) acima da temperatura básica de 20°C (68°F).•Duplicando-se o valor da resistência medida por cada 10°C (50°F) abaixo da temperatura básica.

Efeitos da umidade

Como já mencionamos, a presença de umidade no isolamento possui efeitos significativos sobre o valor da resistência, portanto, um aumento na umidade ambiental afeta a resistência do isolamento.

Logo, é de extremo interesse reduzir as condições de umidade na superfície do isolamento do equipamento. Se o equipamento funcionar normalmente em temperaturas acima do ponto de orvalho, em geral, as leituras de teste não serão afetadas pela umidade.

Isto ocorrerá se as leituras do isolamento estiverem livres de qualquer poluente, tais como partículas, ácidos ou sais, que possuem a propriedade de absorver umidade e que podem afetar as leituras de maneira inesperada; portanto, eles devem ser removidos antes do teste.

NOTA

Há estudos mostrando que gotas de condensação serão formadas nas cavidades e rachaduras do isolamento muito tempo antes de elas ficarem visíveis na superfície.A medição do ponto de orvalho dá uma dica da existência ou não desta condição invisível e isto é feito executando-se medições alternadas.

Principais causas para deterioração no sistema elétrico

Temperatura

Resistência do isolamento

Como parte dos registros de manutenção, é aconselhável pelo menos anotar se o ar estava seco ou úmido quando o teste foi executado.

MANUTENÇÃO

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A redução da resistência do isolamento é muito perigosa, pois é um dos principais fatores de uma possível falha (curto-circuito). Além disso, podem aparecer correntes derivadas entre dois condutores submetidos a diferentes potenciais, o que leva a aquecimento no ponto de falha, com o subseqüente aquecimento e secagem do isolamento.

NOTA

Em motores sob operação normal, os enrolamentos de campo e do induzido são totalmente isolados da carcaça da máquina. Na obtenção da resistência entre a carcaça e os enrolamentos, a leitura deve produzir um número infinito ou vários milhões de Ohms. Às vezes, devido ao aquecimento causado por uma sobrecarga ou outros fatores acima mencionados, a resistência do isolamento pode ser reduzida e parte da corrente passará do isolamento até a carcaça. Esta filtragem ou dispersão da corrente acelera a deterioração do isolamento e, se não for detectada a tempo, causará até mesmo maior dano, levando a um curto-circuito entre os enrolamentos e a carcaça (o enrolamento nestas condições é conhecido como falta à terra no enrolamento). O curto-circuito fará com que todo o enrolamento se aqueça e se queime.

MANUTENÇÃO

Os enrolamentos do motor devem ser inspecionados em intervalos regulares para que se verifique o estado do isolamento ou qualquer possível falta à terra no enrolamento antes de ser causado qualquer dano grave. O ohmímetro padrão não poderá ser usado para testar o isolamento, pois quase sempre as derivações (corrente de fuga) só aparecem ao ser aplicada alta tensão. O ohmímetro é incapaz de medir as derivações (valores de tensão) de acordo com a tensão do circuito a ser verificado. Este tipo de tarefa requer um instrumento denominado Megger, que fornece a alta tensão necessária e é calibrado para ler resistências muito altas.

Indique se as seguintes afirmações são verdadeiras ou falsas.

ATIVIDADE

FALSOVERDADEIRO

O risco de diminuir a redução do isolamento é um curto-circuito.

2

O isolamento deve permitir que a quantidade mais alta possível de corrente flua.

1

Se a tensão for alta, a corrente no isolamento diminui.

4

Umidade é um dos principais fatores que devem ser controlados para evitar falhas de isolamento.

3

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O megômetro5.5

O Megger (ou megômetro) é um instrumento de teste usado para medir a resistência do isolamento de condutores.

O Megger permite que uma quantidade especificada de tensão atravesse o dispositivo que está sendo testado e mede a resistência que esta tensão encontra. Este instrumento recebeu este nome depois que o primeiro de seu tipo foi fabricado na Inglaterra.

Atualmente, três tipos são amplamente fabricados:

Com gerador de corrente contínua (de operação manual);

Com um gerador de corrente alternada (de operação manual) com um sistema de retificação;

Alimentado por bateria.

Ele é bem fácil de usar e permite a leitura direta do valor da resistência em ohms ou megaohms sem que se tenha de fazer nenhum cálculo.

O valor da resistência é mostrado na escala do Megger. A leitura da escala deve ser multiplicada pelo fator de ajuste correto, seja em gigas (1 x 109), megas (1 x 106), etc.

Se a resistência for muito alta, nem todos os Meggers produzirão medições precisas. Em alguns dos Meggers menores, a medição de uma resistência alta pode fazer com que a escala mostre uma resistência infinita. Um Megger de alto potencial mostra os valores da resistência em quantidades exatas antes de atingir a marca de infinito na escala.

Alguns Meggers possuem uma manivela que pode ser girada para produzir a tensão de teste, outros são operados com energia elétrica. Em ambos os casos, quando são atingidos os níveis de alta tensão, deve ser usado o equipamento de segurança elétrico durante o teste. A quantidade de tensão pode ser variada e, portanto, a quantidade de corrente que atravessa a resistência. É por isso que há uma grande variedade destes dispositivos de medição.

Exemplos de Megger

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O megômetro5. Medição da resistência e do isolamento 118

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• A maior parte dos Meggers possui uma chave de três posições, que é usada para selecionar a função exigida para o teste: carga, medida ou descarga.

• A posição de descarga é um recurso de segurança. • Enquanto o teste é executado, pode haver acúmulo de tensão no transformador.

Se, quando da desconexão do Megger, ainda houver carga no transformador, poderá ser formado um arco perigoso.

• Quando a chave está na posição de descarga, esta tensão é automaticamente descarregada.

NOTA

Partes principais do Megger

Antes de descrever como usar um Megger e como interpretar a leitura nele mostrada, serão mencionadas as partes principais do instrumento. A figura abaixo mostra um Megger analógico típico, usado para medir a resistência do isolamento. Suas partes aplicam-se também a um Megger digital, pois a diferença está no fato de este último usar um visor como saída para a leitura e o analógico usa uma escala graduada em que a agulha se move de acordo com a medição obtida.

Escala de medição analógica

Seletor

Terminal Guard Terminal de linha (HI)

Terminal de terra (LO)

Chave liga/desliga

Megger digital

As partes principais do Megger analógico são as seguintes: •Dois terminais (LO e HI) que servem de conexão entre o Megger e o equipamento no qual a resistência do isolamento tem de ser medida.•Uma escala de medição analógica, da qual será obtido o valor da resistência do isolamento. Normalmente são incluídas várias escalas.•Uma chave seletora que permite escolher a escala de medição de acordo com a tensão que será aplicada durante o teste de isolamento.

Terminais

O Terminal HI é conectado ao equipamento a ser testado. Este terminal, normalmente vermelho, contém a tensão escolhida com o seletor do Megger, ao passo que o terminal LO, normalmente preto, é conectado ao condutor localizado no outro lado do isolamento.

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1

2

3

4

Interpretação das leituras das resistências

Conforme mencionado acima, as leituras da resistência do isolamento devem ser consideradas como sendo relativas. Estas podem variar um pouco em um motor de uma máquina testado em três dias consecutivos, embora isto não signifique mau isolamento. O que realmente acontece é que as leituras em um período de tempo tendem a mostrar redução na resistência e, como conseqüência, um aumento na possibilidade de problema. Portanto, a execução de testes periódicos é a melhor abordagem para evitar manutenção dos equipamentos elétricos e o uso de folhas de controle como as mostradas na figura abaixo.

Conexão dos terminais do Megger

Características dos terminais e cabos

O revestimento externo dos terminais deve ser liso, sem nenhum trançado.

Os cabos devem possuir terminais que possibilitem a conexão ao aparelho de teste.

Recomendamos o uso de pinças com mola tipo “gaffer grip” fortes para a conexão ao aparelho que está sendo testado.

Devem ser evitados elos nos condutores do terminal.

Exemplos de registros de isolamento.Resistência de um motor industrial.

Pontos ou terminais de teste que mostrem defeitos ou má qualidade levarão a leituras incorretas da resistência do isolamento; portanto, é necessário examinar o estado em que eles estiverem.

NOTA

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A curva A mostra os valores de vários testes executados e a curva B mostra os mesmos valores corrigidos a 20°C (68°F) indicando uma tendência de redução e condição insegura. O outro lado da página (à direita da figura) é usado para registrar os dados do teste.

MANUTENÇÃO

Podem ser executados testes mensais, semestrais ou anuais, dependendo do tipo, local e importância do equipamento que estiver sendo testado. Por exemplo, um pequeno motor de bomba ou cabo de controle podem ser cruciais no processo de uma fábrica. Um controle de umidade relativa perto do equipamento que estiver sendo testado será favorável para a avaliação das leituras e tendências. A experiência é o melhor guia para a definição dos períodos de teste do equipamento.

A tabela abaixo mostra as ações que devem ser executadas com base na interpretação dos testes periódicos na resistência do isolamento.

Condição Atividade a ser executada

Valores médios a altos e bem mantidos. Não causam nenhum problema.

Valores médios a altos, mas mostrando uma tendência de declínio.

Localizar e corrigir a causa, verificar a tendência de declínio.

Baixos, mas bem mantidos. A condição provavelmente está correta, mas a causa destes valores baixos deve ser verificada.Tão baixo que poderia não ser seguro. Limpar e secar tudo, ou ainda aumentar os valores após o equipamento de serviço ter sido localizado.

Valores médios ou altos, anteriormente bem mantidos, mas mostrando decréscimos súbitos.

Executar testes em intervalos freqüentes até a causa destes valores baixos atingir um nível baixo mas seguro para operar ou até que os valores fiquem tão baixos que se tornem inseguros para que o equipamento continue a funcionar.

Fatores que afetam a leitura das resistências

Agora vamos analisar a natureza da corrente na direção do isolamento e o efeito de como é aplicada a tensão. A eletricidade também flui na direção do volume do isolador.

LEMBRE-SE

A medição da resistência do isolamento pode ser determinada pela tensão aplicada e a corrente resultante (R = V/I). Há vários fatores que afetam a corrente, incluindo a temperatura e umidade do isolamento, como já foi mencionado acima.

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•Corrente da carga capacitiva: Esta é uma corrente com um valor inicial alto, mas que diminui quando o isolamento é carregado até a tensão total. •A corrente da carga capacitiva desaparece de maneira relativamente rápida quando o equipamento que estiver sendo testado é carregado. Esta corrente também é a potência armazenada que é descarregada imediatamente após o teste ser finalizado, provocando curto-circuito no isolamento e aterrando-o. •Corrente de absorção: Esta é inicialmente uma corrente alta que diminui gradualmente. •A corrente de absorção diminui lentamente de maneira relativa, dependendo da natureza exata do isolamento. Esta potência armazenada também deverá ser liberada no final do teste, embora requeira mais tempo que a corrente da carga capacitiva, cerca de quatro vezes o período durante o qual a tensão foi aplicada. •Corrente condutora ou de fuga: Uma corrente baixa - basicamente estável – até o isolamento e acima dele. •Com um bom isolamento, a corrente de fuga deve atingir um valor estável, que é constante em relação ao valor da tensão aplicado. Qualquer aumento na corrente de fuga com relação ao tempo é uma advertência de problema.• A corrente total é a soma dos três componentes e esta é a corrente que pode ser medida com um microamperímetro ou com um Megger (ohmímetro) em termos de MΩ em uma determinada tensão. Como a corrente depende do tempo no qual é aplicada a tensão, a lei de Ohm é garantida apenas em teoria para períodos de tempo infinitos.

100

2015

109

32.51.5

1.1 .15.2.25 .3.4 .5 .6 .7.8.9 1

CO

RR

EN

TE

SEGUNDOS

Corrente da carga capacitiva

Corrente de fuga

Corrente de absorção

Corrente total

Curvas mostrando componentes da corrente medidos durante os testes de isolamento.

Na prática, a leitura é obtida da resistência aparente, que é um valor muito útil para diagnosticar dificuldades.

NOTA

Conforme mostrado na figura, a corrente total consiste em 3 componentes.

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Precauções de segurança ao usar o Megger

Todas as regras de segurança devem ser obedecidas quando se põe o equipamento fora de serviço. Algumas destas regras são:

•Bloqueie os disjuntores.•Verifique a existência de tensões induzidas ou externas.•Use aterramento de segurança pessoal.

LEMBRE-SE

Ao trabalhar com equipamentos de alta tensão, há sempre a possibilidade da presença de altas tensões induzidas no aparelho que estiver sendo testado ou nas linhas às quais ele estiver conectado, devido à proximidade de equipamentos de alta tensão energizados.Em vez de eliminar o aterramento de segurança pessoal, é aconselhável desconectar o

aparelho. É aconselhável também usar luvas de borracha ou dielétricas ao conectar pontos do Megger e operar este equipamento de teste com determinadas precauções.

1

2

O aparelho que estiver sendo testado deve estar desenergizado

Se for necessário desconectar o neutro ou qualquer outra conexão à terra, é importante certificar-se de que eles não estejam conduzindo corrente na ocasião e no momento da desconexão, que nenhum outro equipamento seja deixado desprotegido para ausência de tal conexão.

Perigo de descarga pelo aparelho que estiver sendo testado

Os cabos ou equipamentos elétricos de grande porte armazenam quantidades perigosas de potência, portanto é necessário certificar-se de que eles tenham sido descarregados quando do término de um teste e antes de manusear os terminais.

3 Perigo de explosão e incêndio

Não há perigo de incêndio quando o Megger é usado de forma usual. No entanto, haverá um risco latente se o equipamento de teste estiver localizado na área de ambiente inflamável ou explosivo. Portanto, não é aconselhável usar o aparelho em áreas com um ambiente explosivo, pois poderá ser gerada uma pequena centelha sob as seguintes condições:•Quando os pontos de teste estiverem conectados a um aparelho que não tenha sido descarregado anteriormente. Neste caso, os pontos de teste devem estar em uma área onde o instrumento possa ser conectado e desconectado sem qualquer perigo de explosão. •Com a formação de arco, durante os testes de isolamento danificado. •Durante a descarga da capacitância após a execução do teste. Neste caso, deverão ser usados instrumentos de teste de baixa tensão ou uma resistência em série.

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Os pontos de teste não devem ser desconectados até um prazo de pelo menos 30 a 60 segundos após a conclusão do teste, permitindo, assim, a descarga da capacitância.

NOTA


ATIVIDADE

1 Mencione três características dos cabos e terminais de um Megger.

2 Um Megger pode ser usado para medir qualquer resistência?

3 Que precauções devem ser tomadas ao se usar um Megger?

4 Que tipos de correntes são encontrados no isolamento e qual deles é medido pelo aparelho de teste?

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Outros dispositivos de medição5.6

O micromímetro

Ao contrário dos megômetros, os micromímetros medem resistências de menor escala. Eles podem medir resistências de elementos como contatos, contatores, resistências de enrolamento de cabo e motor, transformadores, etc. As correntes de teste que eles tratam variam de 1mA a 100A.

Medidor de teste de resistência do tipo ponte (Medidor da resistência de aterramento)Este é um dos chamados Meggers, que nos permitem medir a resistividade de um determinado terreno ou solo e, com base na leitura, saber se ela é um local viável para instalar um sistema de aterramento. Para executar o teste, é necessário enterrar as hastes fornecidas com o equipamento de teste e colocá-las a uma determinada distância separadas. Portanto, por meio dos cabos, as hastes são conectadas ao instrumento e a leitura é obtida.

Medidor com grampo de terra-aterramento

TDR

O TDR é outro dos instrumentos de teste Megger e é usado para medir falhas nas linhas da fonte de alimentação. Sua principal função é, quando o dispositivo estiver conectado a condutores ou linhas de alimentação, detectar possíveis falhas nas linhas de alimentação, tais como um curto-circuito entre as linhas, um curto-circuito de aterramento, isolamento deteriorado, etc. Para operar este dispositivo, basta conectá-lo aos condutores que estiverem sendo testados, ajustá-lo em uma escala de medição adequada e, em seguida, observar a tela quanto a quaisquer variações nos gráficos de teste.

O medidor com grampo da resistência de aterramento simplifica o processo de execução de testes do loop de aterramento e permite a execução de testes de correntes de fuga não intrusivas.

O processo de execução de testes do loop da resistência de aterramento também é conhecido como método de execução de testes "sem estacas". Com este método, não é necessário colocar estacas de aterramento nem desconectar o sistema de aterramento da instalação elétrica para executar o teste.

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Outros dispositivos de medição5. Medição da resistência e do isolamento 125

189

Parabéns! Você concluiu o Capítulo 5. A seguir, o capítulo “Testes de resistência do isolamento e multitensão”.

TDR

Micromímetro

Medidor da resistência de aterramento

Mede resistências de escala mais baixa, tais como contatos, contatores, enrolamentos do motor, cabos, etc.

Mede falhas nas linhas da fonte de alimentação, tais como curtos-circuitos, isolamento deteriorado, etc.

Mede a resistividade de aterramento ou terra para analisar a viabilidade da instalação de um sistema de aterramento.

ATIVIDADE

Ligue os quadros corretos com setas.

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6

Neste capítulo, são descritos os conceitos necessários para compreender os testes de isolamento e multitensão. Serão apresentados estes testes, a multitensão e o índice de polarização.


145

139

1276.1 Preparação do aparelho de medição

6.2 Medição da resistência do isolamento com uma tensão única

6.3 Medição da resistência do isolamento com multitensão

6.4 Casos práticos

132

126

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Quando um aparelho é posto fora de serviço para um teste de resistência do isolamento, é preciso certificar-se de que as leituras não sejam afetadas por fugas através das caixas de interruptores ou de fusíveis. Vazamentos podem gerar valores incorretos de resistência do isolamento no equipamento que estiver sendo testado.

6. Testes de isolamento

Preparação do aparelho para testes de isolamento

Abaixo são apresentados alguns aspectos a levar em conta ao preparar o equipamento para um teste de isolamento:

127

189

Preparação do aparelho de medição6.1

Desligue o aparelho:

Defina quais equipamentos serão incluídos no teste:

Descarga da capacitância:

É necessário abrir os interruptores do aparelho para que ele deixe de funcionar. Os outros equipamentos também devem ser desconectados, incluindo o neutro e o contato à terra.

Inspecione cuidadosamente as instalações para determinar exatamente quais equipamentos estão conectados e quais serão incluídos no teste. Isto é importante, pois se houver mais equipamentos no teste, a leitura será mais baixa e a verdadeira resistência do isolamento do equipamento ficará oculta pelo equipamento associado. É possível que a resistência do isolamento de todas as instalações esteja alta se nada tiver sido desconectado, especialmente se o teste for sincronizado.

É muito importante que a capacitância seja descarregada antes e após o teste de resistência do isolamento. O tempo da descarga deve ser aproximadamente quatro vezes maior que o tempo da tensão aplicada no último teste.

Verifique as fugas de corrente nos interruptores:

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Os instrumentos Megger normalmente possuem um interruptor especial para esta operação. Se não houver posição para descarregar, poderá ser usada uma haste de chumbo. Os equipamentos altamente capacitivos, devem ser postos em curto-circuito até que seja possível energizá-los novamente.

Outra situação mais grave poderia ser o fornecimento de energia gerar uma fuga na direção do equipamento de teste, provocando leituras inconsistentes, acima de tudo se o fornecimento de energia for uma corrente contínua. No entanto, estas fugas podem ser vistas e mostradas pela agulha indicadora do Megger quando os terminais estiverem conectados ao aparelho e antes de o instrumento ser operado.

Um ponto importante antes da realização do teste é que você deve certificar-se de que toda a capacitância tenha sido descarregada, mediante a conexão do contato à terra ao aparelho. O testador de isolamento do Megger nunca deve ser conectado a uma fonte de energia ou aparelho.Em seguida, o Megger é conectado ao circuito para execução de testes e a alavanca da manivela é movida, o que gera uma alta tensão nos terminais. A partir disto, uma corrente atravessa o circuito ou isolamento que estiverem sendo testados. Este fluxo é medido com um dispositivo móvel, como um ohmímetro. No entanto, o Megger é calibrado para medir mega ohms (1MΩ = 1.000.000 Ω).

Preparação do aparelho de medição6. Testes de isolamento 128

189

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Independente dos dois métodos usados para encontrar a Relação de absorção dielétrica (Dar, dielectric absorption ratio) , é necessário efetuar duas leituras para saber se o isolamento está em boas condições.

As leituras que devem ser feitas são:


189

Gerador manual

A resistência do isolamento é interpretada pela Relação de absorção dielétrica (Dar).

Quando:

isolamento deficienteDar ≤ 1

Isolamento questionável1,1 < Dar ≤ 1,25

Isolamento aceitável1,25 < Dar ≤ 1,4

Isolamento satisfatório

1,4 < Dar ≤ 1,5

Isolamento excelenteDar > 1,6

Precauções de segurança ao usar o Megger.

Relação de absorção dielétrica

É importante conhecer duas variações na ação geradora do Megger.

Motorizado Gerador

Ação manualGerador Manual

De 30 a 60 segundos.

Gerador motorizado

De 1 a 10 minutos.

Todas as regras de segurança devem ser obedecidas quando o equipamento é posto fora de serviço. Algumas destas regras são:Bloquear os interruptoresVerificar a existência de tensões induzidas ou externas ou usar o aterramento de segurança pessoal.É importante lembrar-se de que, ao trabalhar com equipamentos de alta tensão, há a possibilidade de encontrar tensões induzidas presentes no aparelho que estiver sendo testado ou em linhas de contato, dada a proximidade do equipamento à alta tensão energizada.Portanto, em vez de eliminar o aterramento de segurança pessoal, é aconselhável desconectar o aparelho.

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É recomendável também usar luvas de borracha ou dielétricas para conectar os pontos do Megger e tomar as seguintes precauções ao usar o equipamento :

Se o neutro ou qualquer outra conexão precisarem ser aterrados, é importante certificar-se de que eles não estejam conduzindo corrente neste momento e que quando eles forem desconectados, não haja outro equipamento desprotegido por causa de uma ausência deste tipo de conexão.

Cabos compridos ou equipamentos elétricos armazenam quantidades perigosas de energia, o que significa que é necessário certificar-se de que eles tenham sido descarregados quando testes forem concluídos e antes da manipulação dos terminais.

Se o Megger for usado normalmente, não haverá perigo de incêndio. No entanto, este risco será alto se o equipamento que estiver sendo testado estiver localizado em uma zona com atmosfera inflamável ou explosiva.

Os pontos de teste não devem ser conectados até um prazo de pelo menos 30 a 60 segundos após o teste ter sido concluído para que a capacitância seja totalmente descarregada.

NOTA!

Aparelhos desenergizados que estiverem sendo testados:

Descarga do aparelho que estiver sendo testado:

Perigo de explosão e incêndio.

Não é aconselhável usar o aparelho em áreas com uma atmosfera explosiva. Poderá ser gerada uma pequena centelha nas seguintes condições:Quando os pontos de teste estiverem conectados a um aparelho que não tenha sido anteriormente descarregado. Neste caso, é melhor ter pontos de teste em uma área onde o instrumento possa ser conectado e desconectado sem perigo de explosão.Com a formação de arco, durante os testes de isolamento danificado.Descarga de capacitância após o teste. Neste caso, deverão ser usados instrumentos de teste de baixa tensão ou instrumentos com resistência em série.

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ATIVIDADE

Com o que você já viu sobre a Preparação do aparelho de medição, tente resolver a seguinte atividade.

Assinale se as seguintes afirmações são Verdadeiras ou Falsas.

FALSOVERDADEIRO

Se o Megger for usado normalmente, não haverá perigo de incêndio, até mesmo em uma atmosfera explosiva.

5

Em vez de eliminar o aterramento de segurança pessoal, é aconselhável desconectar o aparelho.

4

O testador de isolamento do Megger nunca deve ser conectado a uma linha ou aparelhos desenergizados.

3

Ao preparar equipamento para o teste de isolamento, é necessário abrir os interruptores do aparelho para pô-lo fora de serviço.

2

É importante que a capacitância só seja descarregada antes do teste de resistência do isolamento.

1

Poderá ser gerada uma pequena centelha pela descarga de capacitância após o teste. Neste caso, a resistência é usada em paralelo.

6

Quando os pontos de teste forem conectados a um aparelho que não tenha sido anteriormente descarregado, poderá ser produzida uma pequena centelha.

7

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6. Testes de isolamento 132

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Tipos de testes da resistência do isolamento.

Leituras de curta duração

Neste método, o instrumento Megger é conectado entre os terminais do isolamento testado e pode funcionar por uma curta duração específica (normalmente, são recomendados 60 segundos).

Medição da resistência do isolamento com uma tensão única

6.2

Conforme mostrado na figura anterior, foi obtido um único ponto na curva de valores da resistência crescentes. Em geral, os valores devem ser menores que 30 segundos e maiores que 60 segundos.

LEMBRETE

A temperatura e a umidade, bem como as condições de isolamento, devem ser levadas em consideração como condições que possam afetar a leitura.

Curva típica de resistência do isolamento com o método de curta duração.

M

0 Tempo

Este valor é lido e armazenado

60 segundos

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Medição da resistência do isolamento com uma única tensão


189

Se o aparelho possuir baixa capacitância, como é o caso da fiação de uma pequena casa, será necessário apenas um teste de curta duração.No entanto, a maior parte dos equipamentos é capacitivo, o que significa que um primeiro teste de curta duração será apenas um guia aproximado do estado de isolamento se nenhum teste anterior tiver sido executado.

Em geral, é usada a regra de 1MΩ para o valor da mínima resistência admissível.A regra pode ser descrita como a resistência do isolamento, que deve ser de aproximadamente 1MΩ para cada 1.000 V de tensão em operação, com um valor mínimo de 1MΩ.

Na prática, as leituras de MΩ são substancialmente maiores que este valor mínimo quando o equipamento for novo ou estiver em boas condições.

A realização de leituras periódicas e a sua representação gráfica cria uma base melhor para avaliar as condições de isolamento. Qualquer tendência de redução é uma boa advertência de possíveis problemas posteriores até mesmo se os valores forem maiores que o mínimo recomendado. Da mesma forma que outra advertência é se o equipamento estiver em boas condições, mas as leituras estiverem abaixo do valor mínimo recomendado, somente se estas leituras periódicas forem consistentes.

EXEMPLO

Por exemplo, um motor de 2400 Volts nominais deve ter uma resistência do isolamento de 2,4 MΩ.

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Um isolamento satisfatório deve mostrar um aumento contínuo na resistência por um período de 5 a 10 minutos, como pode ser visto na curva A acima.

O aumento contínuo na resistência é causado pela corrente de absorção. Um isolamento satisfatório mostra este efeito de carregamento por um período de tempo exigido muito maior que para a capacitância de isolamento de carga.

Se o isolamento tiver muita umidade ou contaminação, o efeito de absorção é sobrepujado por uma alta corrente de fuga que permanece em um valor mais ou menos estável, mantendo baixa a resistência. O teste de absorção também é valioso, já que é independente do tamanho do equipamento.

O aumento na resistência de um isolamento limpo e seco acontece da mesma forma, independente do tamanho do motor. Portanto, é possível comparar vários motores e estabelecer padrões para motores novos, sem levar em conta suas capacidades de HP.

Método da resistência de tempo (absorção dielétrica)

O método de resistência de tempo é independente da temperatura e normalmente podem ser obtidas informações conclusivas sem que se tenha registros de testes anteriores.

Este método tem como base a comparação do efeito de absorção em um isolamento em bom estado a um isolamento úmido ou contaminado. Em poucas palavras, São feitas leituras sucessivas em determinados tempos e as diferenças nas leituras são anotadas. Testes feitos com este método normalmente são conhecidos como testes de absorção dielétrica.

M

0 Tempo10 min

Isolamento provavelmente

satisfatório

Pode haver umidade ou

contaminação

A

B

Curva típica mostrando o efeito da absorção dielétrica.

/

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Na figura abaixo, podemos ver que um teste de 60 segundos é aceitável até mesmo se o isolamento estiver em más condições. Quando o isolamento está em boas condições, a leitura de 60 segundos é maior que a leitura de 30 segundos.

Outra vantagem dos testes de dupla leitura, como ocasionalmente são chamados, é que eles oferecem um panorama mais claro, até mesmo se o teste de curta duração indicar que o isolamento está em bom estado.

Por outro lado, se a agulha mostrar um aumento gradual na verificação de 30 a 60 segundos, você poderá ter certeza de que as bobinas estão em boas condições.O teste de resistência de tempo realizado em máquinas rotativas de grande porte, especialmente aquelas com uma alta tensão de operação, requer faixas de resistência muito altas e uma tensão de teste tão constante quanto possível.

Um instrumento Megger usado de forma rudimentar, com uma linha de alimentação, satisfaz estes requisitos da mesma forma. Este aparelho é facilmente adaptado a cabos, transformadores e interruptores de maior porte.

EXEMPLO

Se durante o teste de leitura de curta duração, houver um valor de 10 MΩ e a verificação for uma dupla leitura, a resistência do isolamento permanece estável, ao passo que a tensão fica estável por 60 segundos. Isto significa que há umidade ou poeira nas bobinas que estiverem sendo medidas.

Resistência do

isolamento

Tempo Ínicio 30 segundos 1 min

O isolamento pode ficar enfraquecido

M

20060

18108

6

4

2

20

600.000

400.000

Isolamento aceitável

Ficha gráfica típica de um teste de resistência térmica ou de dupla leitura.

Tempo

/

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Testes durante a secagem do equipamento

Qualquer pessoa envolvida na manutenção de equipamentos elétricos normalmente se depara com o perigo de equipamento molhado com água doce. Nestes casos, basta secar o equipamento.No entanto, se o equipamento for molhado com água salgada, primeiro ele deverá ser limpo com água doce para a remoção do sal, que, do contrário permanecerá depositado. O sal é uma substância altamente corrosiva para metais e a superfícies do isolamento.Com pouca umidade, estes depósitos tornam-se excelentes condutores de eletricidade. Além disso, se houver graxa ou óleo no isolamento, eles devem ser eliminados com o uso de um solvente adequado.

Há várias maneiras de secar uma máquina, que dependem principalmente do tamanho e da capacidade de manobra. Para isto, podemos usar:• Sopro de Ar quente.• Um forno.• Circulação de corrente através dos condutores.• Uma combinação de algumas destas técnicas.Em alguns casos ou com determinados equipamentos, pode não ser necessário secá-la. Isto pode ser verificado com o teste de isolamento, mas somente se houver leituras anteriores para o aparelho.Quando for necessária secagem, estas leituras deverão ser usadas para determinar o momento em que o isolamento estiver suficientemente livre de umidade.

Temos de levar em consideração que equipamento úmido sempre é suscetível a interrupção do isolamento. Portanto, deve ser usado um testador Megger de baixa tensão (modelos de 100 ou 200 V), pelo menos nas primeiras fases da secagem.

EXEMPLO

É apresentado um exemplo de um motor de 100 HP submerso em água.Após ele ser limpo, é realizado um teste de curta duração com um Megger, no qual é encontrada uma leitura de 1,5 MΩ.Provavelmente, chegar-se-ia a uma conclusão de que ele está em condições adequadas; fora isto, se registros anteriores mostrarem que a resistência do isolamento varia entre 1 e 2 MΩ, poderemos ter certeza de condições satisfatórias.

Por outro lado se os registros anteriores mostrarem valores normais da resistência entre 10 e 20 MΩ, poderemos ter certeza de que as bobinas do motor ainda estão úmidas.

/

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Durante a primeira parte do teste, a resistência diminui com o aumento da temperatura; depois, quando a temperatura é constante, a resistência começa a aumentar à medida que ocorre a secagem. Por fim, ela atinge um valor alto até chegar na temperatura ambiente de 20°C (68°F).

Se a resistência do isolamento for executada durante a secagem do equipamento e além disso houver leituras anteriores de uma máquina seca, fica simples saber quando é atingido um valor seguro para o equipamento que estiver sendo testado.Pode ser preferível usar o teste de resistência de tempo, efetuando-se leituras periódicas, com o uso do índice de absorção ou do índice de polarização para acompanhar o progresso na secagem.

Aumento de temperatura de

20° a 90° C. (68°F a 194°F).

Temperatura constante a 90° C.

Redução de temperatura de

90° a 20° C. (194°F a 68°F).

DIAS

0 1 2 43 65

1

10

100

1000

M

Na figura, podemos ver uma curva de secagem típica para a carcaça de um motor com corrente contínua.Podemos observar as mudanças na resistência do isolamento nas leituras, que podem ser feitas a cada minuto por quatro horas.

Curva de secagem típica com leituras da resistência do isolamento a cada minuto.

/

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Dadas as seguintes afirmações, assinale a(s) opção(ões) correta(s).

ATIVIDADE

10 a 15 minutos.5 a 10 minutos.

4 Um isolamento satisfatório deve mostrar um aumento contínuo na resistência em um período de tempo de......

da temperatura.do tamanho do equipamento.

2 O teste de absorção é independente....

muito altas.baixas.

3 O teste da resistência de tempo realizado em máquinas rotativas de grande porte, requer faixas da resistência...

alta tensão.baixa tensão.

5 Se o equipamento estiver úmido, use um testador Megger de....

5 MΩ0,5 MΩ

1 Um motor com 5000 Volts nominais deve ter isolamento de.....

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6. Testes de isolamento

Testes mutitensão

A prática de manutenção tende a indicar um valor de teste para isolamento em tensões de corrente contínua em níveis ligeiramente maiores que os valores de pico de tensão nominal de corrente alternada do equipamento que estiver sendo testado.Estes testes de corrente contínua têm, em alguns casos, mostrado a capacidade de revelar, de forma não destrutiva, deficiências incipientes no isolamento, que poderiam não ser encontradas de outra forma, exceto por meio de um teste de detecção de coroa em níveis não-destrutivos de tensão de teste de corrente alternada.

A técnica implica na aplicação de duas ou mais tensões de teste de corrente contínua e na observação crítica de qualquer redução na resistência do isolamento em níveis de tensão mais altos.

139

189

Medição de resistência do isolamento com mutitensão

6.3

O valor máximo de tensão a ser usado depende em grande parte da limpeza e umidade encontradas no isolamento que estiver sendo testado.

Pela execução dos testes de isolamento nestes níveis de tensão de corrente contínua, o método do ohmímetro possui pelo menos uma vantagem: ele é um instrumento com tensões prescritas fixas disponíveis com o uso de uma chave e com leituras diretamente em . Este é um dos métodos mais simples e pode ser reproduzido quando estiverem disponíveis altos níveis de tensão.

LEMBRETE

É importante observar que os méritos desta técnica provêm de recentes investigações que indicam que podem ser usadas altas tensões de corrente contínua para detectar deficiências no isolamento sem causar nenhum dano.

Qualquer redução considerável ou incomum na resistência do isolamento para um aumento prescrito na tensão aplicada é uma indicação de uma deficiência incipiente na resistência do isolamento.

50 10 15 20 25

M

Tensão de teste em KV

Curvas da resistência quando da aplicação de duas tensões.

/

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Na figura anterior, a possível alteração na corrente em fuga, após a corrente de absorção ter desaparecido, é mostrada graficamente em termos de resistência do isolamento como resultado da aplicação destas duas tensões.Isto é uma suposição, mas é uma condição raramente vista na prática. Se o isolamento permanecer estável em 2500 V, não haverá alteração no valor de resistência do isolamento, como está mostrado na linha pontilhada estendida acima da curva.

Quando aparecerem condições não-lineares em tensões mais altas, estas serão indicadas na curva de tensão-resistência pelo desvio da curva para baixo.

Portanto, a curva mostra a simplicidade da determinação da alteração da estabilidade do isolamento com o uso de três tensões fixas, que são fáceis de reproduzir quando são executados três testes de tensão de rotina.

Para melhor compreender a técnica dos testes da resistência do isolamento com duas ou mais tensões, sugerimos seguir os passos abaixo com o uso de um motor industrial ou de tração com tensão nominal entre 300 e 10000 V:

É importante salientar que esta curva indica apenas a alteração da resistência devido à dispersão de corrente e não à absorção de corrente, que pode aparecer por um período de tempo em cada alteração de tensão. Poderia ser necessário esperar um tempo considerável para que a corrente de absorção desapareça antes de ser efetuada a leitura.

Deve ser feita uma medição de um minuto com o Megger em 500 V, a ser usada como uma referência para uma medição subseqüente.

Depois, o motor deve ser limpo e, em seguida, deve ser realizada uma segunda medição em 500 V para verificar a eficácia da limpeza.

Se o valor de resistência do isolamento de um minuto estiver anormal ou se a relação de resistência do isolamento de 60 segundos / 30 segundos não for maior que a unidade, será conveniente secar o motor antes de usar uma tensão mais alta. Por exemplo, se for realizado um teste de 1000 V e a relação da resistência for visivelmente menor que o Teste de 500 V, deverá ser realizada a operação de secagem. Por outro lado, se os valores dos testes de 1000 V e 500 V forem aproximadamente os mesmos, é razoável supor que a operação de secagem possa ser adiada até depois do próximo passo.

Executar o teste com o Megger em 2500 V. Se não houver diferença considerável entre os valores de Teste de 500 V e 2500 V, há uma boa evidência de que o motor que estiver sendo testado está em boas condições, pelo menos em termos de isolamento.

1

2

3

4

/

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Por outro lado, se houver uma diferença visível, há uma boa evidência de que a máquina requer um melhor recondicionamento.

Se o isolamento apresentar falha no teste de 2500 V, após terem sido seguidos os passos 1, 2 e 3, poderemos concluir que o motor em questão teria provavelmente falhado em serviço, até mesmo sabendo-se que seu recondicionamento com base nos testes em baixa tensão foi apenas tentado.

O método de multitensão pode também ser útil para determinar o grau de umidade no isolamento de motores ou equipamentos com uma tensão nominal equivalente ou maior que a disponível no testador Megger que estiver sendo usado.



189

EXEMPLO

Se a resistência do isolamento for testada com base em leituras de curta duração em 500 V e, em seguida, em uma potência maior (2500 V, tensão nominal do equipamento que estiver sendo testado), uma resistência do isolamento mais baixa para o teste de tensão de uma CC maior normalmente indica a presença de umidade.

Este método não é baseado no método de absorção dielétrica. Da mesma forma que o método de resistência de tempo, o método de multiteste de tensão de resistência do isolamento possui valor maior quando é realizado periodicamente ou com base em um programa de manutenção.

Método de degrau de tensão

Este método requer um Megger mutitensão para aplicar duas tensões em degraus, por exemplo 500 V de corrente contínua e, em seguida, 1000 V de corrente contínua.

As tensões aplicadas devem obedecer a uma relação de 1 para 5. A experiência tem mostrado que uma diferença de 25% nos valores da resistência de isolamento com uma relação de tensão de teste de 1 para 5, normalmente se deve à presença de umidade excessiva.

É importante prestar atenção a qualquer redução na resistência do isolamento à tensão mais alta. Se a resistência estiver mais baixa, é um sintoma de deficiência de isolamento que só é mostrado na tensão mais alta.

/

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189

Em vez de uma tensão em aumento progressivo, a figura abaixo mostra primeiro a baixa tensão do teste de 500 V e, em seguida, após a amostra ter sido descarregada, um teste de 2500V.

Qualquer diferença nos dois testes em termos de MΩ é um sinal de deficiência de isolamento na tensão mais alta, que é uma condição que precisa ser investigada mais tarde. Como a condição da amostra deteriora o gráfico da tensão mais alta, esta tensão terá a redução em MΩ com relação à tensão mais baixa e da mesma forma seu aumento correspondente será menor.

Umidade e sujeira no isolamento normalmente são reveladas durante os testes de tensões mais baixas muito menos que o funcionamento normal do equipamento que estiver sendo testado. No entanto, é impossível revelar os efeitos de dano mecânico em isolações adequadamente limpas nestes testes de baixa tensão.

Agora, quando a tensão é aumentada em degraus para produzir forças elétricas que se aproximem as que a máquina possui em serviço ou as excedam, os pontos com deficiência localizada têm cada vez mais influência na resistência do isolamento total.

A resistência destas falhas locais geralmente diminui rapidamente, de acordo com a força elétrica a elas aplicadas, elas aumentam ainda mais que determinados limites.

Na figura abaixo, são apresentadas curvas de duas leituras Megger consecutivas, onde é mostrada a queda acentuada da resistência.

Curva típica do teste de tensão de passo.

60 segundos

Tempo

Teste de 500 V

M

Teste de 2.500 V

0

/

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Cada degrau de tensão deve ser mantido constante por apenas 60 segundos. Este curto período não afeta a tendência de modificação da resistência, no entanto, cada período de teste deve ser o mesmo para cada equipamento determinado.Pode ser que a resistência de absorção total não tenha desaparecido totalmente, mas as medições terão a mesma base, sendo, portanto, comparável.Os resultados serão independentes dos materiais de isolamento e de temperatura, pois o que pode ser observado são modificações na resistência do isolamento e não valores absolutos.

Curvas de teste de um método de tensão de passo.

• A Curva 1 mostra uma clara queda na resistência à medida que a tensão de teste é aumentada, o que indica um problema.•A Curva 2 mostra as condições dentro da bobina do motor, após ser limpa, aquecida e impregnada com verniz.

M

25

15

20

40

30

50

60

10

708090

1 1,5

100

1000900800700

600

500

400

300

Tensão aplicada (KV)

2 2,5 3 4 5 6 7 8 9 10

250200

150

CURVA 2

CURVA 1

Da mesma forma que os métodos de leitura de curta duração e instantânea, o método de tensão de passo será mais eficaz se for usado quando baseado em um programa para assegurar testes periódicos.

LEMBRETE

O método de tensão de passo é especialmente adequado para a detecção de contaminação pela umidade ou outro elemento em máquinas cuja tensão nominal seja a mesma ou maior que a tensão máxima do Megger. Em outras palavras, mesmo que o Megger não aplique forças elétricas à máquina superiores a sua tensão nominal, um teste de duas tensões pode, na maioria dos casos, revelar a presença destes contaminadores.

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ATIVIDADE

Com base nos conceitos desenvolvidos sobre os testes mutitensão, tente concluir a seguinte atividade.


5 O que acontece à resistência ao longo do tempo se o isolamento estiver incorreto?

3 A que fenômeno é devida uma diferença de 25% nos valores da resistência de isolamento, com uma relação de tensões de teste de 1 para 5?

2 Se o valor de resistência do isolamento de um minuto for anormal, que operação é conveniente realizar antes de usar uma tensão maior?

1 Qual é a forma de encontrar deficiências incipientes no isolamento? Essa é a única forma?

4 No teste do método de tensão de passo, os resultados são independentes do material de isolamento e sua temperatura?

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Teste de malha de três terminais

Todos os testadores Megger com a faixa de 1000 MΩ ou mais estão equipados com um terminal Guard. A finalidade principal deste terminal é permitir a possibilidade de realizar o chamado teste de malha de três terminais, para que a resistência em um dos dois possíveis caminhos possa ser determinada diretamente.

O terminal Guard é usado para a medição de grandes valores da resistência e para a estabilização das leituras.Além disso, o terminal Guard possui a finalidade secundária de fornecer uma fonte de tensão de corrente contínua bem regulada e de uma capacidade limitada.

Condutor até o terminal de Linha (-) [C]

Condutor até o terminal de terra (+) [A]

Condutor até o terminal Guard [B]

Superfície exposta

Configuração das conexões do instrumento

Casos práticos6.4

/

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Terminal Guard com conexão com a armadura B

Terminal Guard sem conexão com a armadura B

Casos práticos6. Testes de isolamento 146

189

Se o terminal Guard não estiver conectado à armadura B, o instrumento faz a medição da corrente I, que atravessa o isolamento e também a fuga de corrente superficial I1 conforme mostrado na figura.

Quando o terminal Guard estiver conectado à armadura B, o instrumento apenas faz a medição da corrente I e ignora a corrente de fuga I1. Com esta configuração, são obtidos os valores reais da resistência RX, considerando-se que estas resistências RZ e RY são pequenas. A configuração para esta medição está mostrada na figura.

Conexão com terminal Guard

Na direção do terminal de

terraNa direção do Terminal de

linhaA

I

C

BI1

Ry Rz

Rx

O isolamento de todo aparelho elétrico possui dois caminhos de fuga para corrente, um através do material isolante e o outro através da superfície.Inserindo-se um terceiro terminal de teste no caminho de fuga superficial, ele pode ser separado em duas partes formando uma malha de três terminais.

Não há conexão com o terminal Guard

Na direção do terminal de

terra

Na direção do Terminal de

linhaA

I

C

BI1

Ry

Rz

Rx

/

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EXEMPLO

Exemplo do teste de um motor.

Exemplos de testes para diversas partes dos equipamentos


189

• Após desconectar os interruptores da linha de alimentação, cada terminal de terra do interruptor é examinado colocando-se o ponto positivo do Megger no terminal do interruptor.

• Depois disto, o interruptor é aberto e a resistência entre suas extremidades é medida.

• Se o interruptor for feito de óleo, a causa da fuga de corrente poderia ser óleo contaminado, que permite passagem de corrente até mesmo quando está aberto. Em interruptores de operação seca, a causa da fuga de corrente poderia ser sujeira ou graxa.

Interruptores

• Em primeiro lugar, o motor deve ser desconectado da linha de alimentação mediante a abertura dos interruptores ou a desconexão dos terminais do motor. Além da resistência do isolamento, também é medida a resistência do motor, cabos e interruptores.

• O terminal positivo do Megger é conectado às bobinas dos motores e o negativo à carcaça ou à terra do motor.

Motores

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Tempo em minutos

Resi

stên

cia (

em

M

)

O isolamento satisfatório aumenta a resistência ao longo do tempo.

O isolamento incorreto reduz a resistência ao longo do tempo.

1000

500

100

50

10

5

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Medidor de isolamento

T1 T2 T3

T4 T5 T6

T7 T8 T9

Até a terra

Mede a resistência de cada cabo até a terra e

registra a leitura.

Testes de absorção elétrica

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Teste de absorção dielétrica


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IP é definido como a relação entre a resistência do isolamento (Ra) medida a cada 10 minutos e a medição por minuto da corrente contínua aplicada à amostra.

149

Outra forma de medir o IP é através de uma fonte de corrente contínua estabilizada; um amperímetro faz leituras a cada minuto e a cada 10 minutos, neste caso:

Os valores são representados graficamente em um diagrama, em que:

Valores de RaNo eixo X

TempoNo eixo Y

O isolamento está em boas condições quando o diagrama for uma linha reta que aumente visivelmente sobre o tempo do teste. Umidade, contaminação ou deterioração levarão a

uma linha reta ascendente ao longo do tempo, que gradualmente tende a nivelar-se.

Um IP < 1 pode indicar umidade excessiva ou carbonização sobre o isolamento ou dentro dele.

I10

IP = I1

Ra1

IP = Ra10

/

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• Condutores• Condutores e armadura.• Condutores e terra.

SeccionadorO medidor de tensão é desconectado e a resistência do isolamento à terra é determinada conectando-se o ponto positivo do Megger ao terminal de medição e o ponto negativo à estrutura ou qualquer eletroduto aterrado.

Cabos e multicondutores

Deve-se verificar se não há nenhum equipamento conectado, que poderia ser afetado devido à tensão aplicada pelo Megger.

Teste de condutores

Teste do seccionador

A resistência do isolamento é medida entre:

/

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189

O teste da resistência com o megômetro é muito mais valioso quando é feito rotineiramente. As medições da resistência do transformador podem cair continuamente durante o uso do transformador. A redução da resistência pode ser causada pela deterioração do óleo do transformador ou pelo isolamento das bobinas.

Se a tendência for observada com várias medições em um período de tempo, é possível descobrir problemas que não aparecem em um único teste. Neste sentido, a tendência significa a direção de variações graduais em uma série de medições.

Bobinas do transformador

Pode ser usado um Megger para testar a resistência de uma bobina do transformador à terra. Este teste pode ser usado para ajudar a diagnosticar possíveis curtos-circuitos no transformador.

Ele pode ser utilizado também para testar a resistência do isolamento do óleo do transformador.

Uma baixa medição da resistência à terra pode significar um problema.

NOTA!

TENDÊNCIA ASCENDENTE TENDÊNCIA DESCENDENTE

Isto significa que houve um aumento gradual em uma quantidade que foi medida em um período de tempo.

Isto significa que houve uma redução gradual em uma quantidade que foi medida em um período de tempo.

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Anote os resultados do teste.


189

Desligue o Megger

Descarregue qualquer tensão que poderia ter sido acumulada durante o teste.

Observe a escala da resistência. Se a agulha não ficar perto do centro da escala, mude o ajustador do multiplicador até ser obtida uma medição exata.

Gire a chave ou o seletor rotativo de três posições até a posição de carga. Quando a agulha na escala parar de se mover, gire a chave até a posição de medida.

Ligue o Megger

Coloque o ajustador do multiplicador na posição correta para o teste.

Ajuste a tensão à quantidade apropriada para o teste.

Conecte o teste dos condutores de acordo com as instruções do fabricante.

Verifique o outro lado do transformador para certificar-se de que ele esteja conectado à terra. Ele deve estar conectado à terra para drenar qualquer tensão induzida de uma forma que não afete os resultados do teste.

Verifique as instruções do fabricante antes de usar o Megger. O fabricante especifica o nível de tensão para o teste e dá instruções para a conexão dos condutores de teste. O testador não deve ser ligado até o usuário estar pronto para iniciar o teste.

Remova a conexão à terra do lado do transformador a ser testado. Este teste não poderá ser feito se a bobina estiver conectada à terra.

O procedimento para testar a resistência da bobina de um transformador à terra pode incluir os seguintes passos:

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Parabéns! Você concluiu o Capítulo 6. A seguir, o capítulo "Medição da capacitância e da indutância".

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Medição da capacitância e da indutância

7

Este capítulo trata dos recursos e usos dos instrumentos de medição para o cálculo da capacitância e da indutância. Além disso, será explicado o processo de cálculo para a medição do fator de perda.


1547.1 Instrumentos de medição

7.2 Medição do fator de perda 155

153

189

/

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7. Medição da capacitância e da indutância 154

189

Instrumentos de medição7.1

Galvanômetro balísticoPara medir a capacitância, podem ser usados galvanômetros balísticos, aplicando-se a mesma tensão primeiro ao capacitor Cx cuja capacitância é desconhecida e, em seguida, a um condensador padrão CN, medindo-se subseqüentemente a carga ou descarga do condensador com o galvanômetro.

A relação entre o ponteiro do galvanômetro x e N geralmente é equivalente à diferença entre as capacitâncias. Os valores medidos dependem também do ajuste da sensibilidade n do galvanômetro, de forma que a capacitância a ser medida (Cx) possa ser calculada com a seguinte equação:

Neste tipo de medições, o pulso balístico sempre deve ser breve, isto é, ele deve ter terminado antes de o ponteiro do galvanômetro desviar-se consideravelmente. Se esta condição não for observada na medição de grandes capacitâncias, como o tempo de carga e descarga do condensador é muito maior que o período de oscilação do galvanômetro, deve ser levado em consideração um fator de correção, que pode ser obtido da folha de especificações do aparelho. Da mesma forma, se for usado um condensador padrão externo (cuja capacitância seja aproximadamente equivalente à capacitância a ser medida), os erros que surgirem no momento do ajuste da capacidade padrão CN e se na medição eles forem equivalentes, eles não terão nenhum efeito sobre o resultado.

NOTA

CX = CN .nx . x

nN . N

/

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Instrumentos de medição7. Medição da capacitância e da indutância 155

189

• M Seletor do tipo de medição.• MT Botão de comando de medição.• GT Botão de comando do galvanômetro (curto-circuito).• RN Resistência padrão.• CN Condutor padrão.• CNa Condutor padrão externo.• Rx Resistência do isolamento a ser medido.• Cx Condutor cuja capacitância tem de ser medida.

S

M

MTB

GT

RxCx

G 300

100

103

30

1000

3000

1000030000 100000

RN

0,1 M

carga

descarga

RxCx

RN

Cx

CN

CN

CN

carga

CNa

10 K

1

descarga

0,1 µ

Megômetro medidor de microfarads

As medições de isolamento e capacitância em cabos, por exemplo, são obtidas de maneira adequada com um megômetro medidor de microfarads. Tanto o isolamento quanto a capacitância do isolamento de um cabo podem ser determinados por sua comparação com padrões incorporados (0,1 MΩ e 0,1 F).

A comparação de capacitâncias como medição de carga e descarga, pode ser feita também com um padrão externo. Com o seletor apropriado, é possível mudar de um tipo de medição para outro sem modificar o circuito externo; o mesmo se aplica aos procedimentos de comparação (ou calibração) e medição. O circuito abaixo é usado para galvanômetros de facho de luz com faixas de medição de 10 kΩ a 0,3 TΩ e aproximadamente de 750 pF a 11 mF, bem como galvanômetros de espelho com faixas de medição de 25 kΩ a 4 TΩ e de 1000 pF a 12 F.

∞∞

/

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189

Além dos recursos acima, a ponte RLC pode ser também conectada a padrões externos para medições comparativas das magnitudes acima expressas e medições de porcentagens entre o “valor normal -20%” e o “valor normal +20%” (2 faixas de medição).

O dispositivo de medição é composto basicamente de uma ponte, onde dois braços são suplementados pelas resistências reativas para medir a indutância, a capacitância e a resistência aparente [impedância]. O mensurando conhecido é um destes dois braços. Na diagonal (derivação neutra) há um amplificador de medição e um indicador de sintonia.

Em medições de indutância e capacitância, a magnitude aproximada do fator de perda pode ser determinada por meio de um ajuste de fase.

A exatidão da medição é determinada pela precisão de padrões – sejam eles incorporados ou externamente conectados – e ela não depende das flutuações na sensibilidade da leitura ou na medição da tensão.

Ponte de medição RLC

Capacitâncias de 10 pF a 11 mF.

Auto-indutâncias e indutâncias mútuas sem núcleo de ferro, de 10 µH a 1100 H.

Ela mede: Resistências ôhmicas de 0,1 Ω a 110 M Ω.

Ponte de medição RLC

Medidor de capacitância digital

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ATIVIDADE

Com base na revisão dos conceitos de instrumentos de medição, Execute a seguinte atividade.


4

Você precisa medir a capacitância de um cabo. Qual instrumento usaria?3

2

Do que depende a exatidão da medição?

Para que é usada a ponte RLC?

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7. Medição da capacitância e da indutância

Para medir a capacitância Cx, o fator de perda tan x e a variação da capacitância relativa ∆Cx/Cx0 de condensadores, cabos, linhas aéreas e materiais de isolamento (entre eletrodos), é usada a ponte de medição universal C tan, que é apropriada para medições isoladas e testes em série. Se o ajuste da ponte for totalmente automático, será possível registrar os valores de tan x e ∆Cx/Cx0 com impressoras de linha. O início da descarga de escova no objeto a ser testado também pode ser monitorado em um oscilógrafo de raios catódicos. Além disso, pode ser registrado também o valor de limiar da tensão de teste indicada no aparelho.

Em princípio, a ponte de medição universal C tan é equivalente à Ponte Schering para medições Cx e tan x, onde o ajuste da capacitância é feito por meio das resistências de precisão RN e Rx (com graduação decimal), ao passo que o ajuste do ângulo de perda é realizado com o condensador de capacitância C.

158

189

Medição do fator de perda7.2

CN CX

C

,X

RN

G

RX

~

• CN Condutor padrão sem perdas.• Cx Condutor cuja capacitância de descarga será medida.• X Ângulo de perda a ser medido.• RN, RX Resistência de ajuste da capacitância.• C Condutor de ajuste do ângulo de perda.• G Indicador de zero.

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Medição do fator de perda7. Medição da capacitância e da indutância 159

189

OSZ

CN

U

RN

LS

ZG

LS

P1

DW

LS EN

P2

K

CX X

RX

~

LS LS

Tan x = RN . . C

Cx = CN . RN

RX

CN Capacitor padrão sem perdas

CX Capacitor a ser medido

X Ângulo de perda a ser medido

RN,RX Resistência de ajuste da capacitância

DW Transformador diagonal

EN Indicador eletrônico de zero

K Compensador complexo

P1, P2 Potenciômetro de compensação

LS Conexão. Dispositivo. Registrador.

U Valor de pico da tensão de teste

OSZ Oscilógrafo

ZG Aparelho adicional

Ponte de medição universal, de C e tan , circuito básico

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Medição do fator de perda7. Medição da capacitância e da indutância 160

189

ATIVIDADE

Com base na explanação da medição do fator de perda, resolva o seguinte exercício.

Dados os seguintes símbolos, organize-os para fazer um circuito que represente uma Ponte Schering.

Parabéns! Você concluiu o Capítulo 7.A seguir, o capítulo “Medição do campo magnético e da freqüência”.

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Medição do campo magnético e da freqüência

8

Os diferentes métodos de medição dos campos magnéticos e das freqüências estão descritos abaixo neste capítulo.


1628.1 Medição do campo magnético

8.2 Medição da freqüência 163

161

189

/

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8. Medição do campo magnético e da freqüência 162

189

Medição do campo magnético8.1

Bobina móvel

Gerador de medição

Os chamados efeitos galvanomagnéticos produzidos em condutores não-móveis em um campo magnético através do qual a corrente flui, proporcionam outras possibilidades para medir a intensidade do campo magnético. A resistência ôhmica do bismuto depende do campo magnético (esta dependência é até mesmo maior em alguns semicondutores compostos recentemente desenvolvidos). Mesmo assim, desta forma a direção do campo magnético não pode ser registrada.

Para fazer uso do efeito Hall, podem ser construídas sondas de tamanho bastante reduzido. Elas são bem adequadas para medir a intensidade de diversos pontos de um campo magnético, enquanto ao mesmo tempo se registra sua direção.

I

B

UH

Princípio de medição do campo magnético com uma sonda Hall.

A figura mostra o princípio deste método de medição. A intensidade da corrente de controle I do gerador Hall está em conformidade com um valor específico. A indução magnética B é estabelecida pela medição da tensão de Hall UH, de acordo com a fórmula:

Sendo: d= Espessura do gerador Hall.RH = Constante de Hall.

No primeiro caso, uma pequena bobina é introduzida no ponto do campo a ser medido e é rapidamente removida. O impulso de tensão é avaliado com um galvanômetro balístico.

Sua bobina de exploração gira no campo magnético a uma velocidade definida, mais confortável para trabalhar. A exatidão depende principalmente da taxa de rotação. No entanto, o cabeçote de medição relativamente grande não pode ser usado em toda parte.

B = . UH

I RH

d

As medições do campo magnético com bobinas móveis e geradores de medição têm por base a lei de Faraday.Elas podem ser:

/

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8. Medição do campo magnético e da freqüência 163

189

Medição da freqüência8.2

Os medidores de freqüência de lâmina vibratória são adequados para medir freqüências dentro da margem da corrente alternada usada com esta técnica (até várias centenas de hertz). Estes dispositivos são tolerantes a influências de campos externos e dependem somente até um grau limitado da forma da corrente alternada e da flutuações da corrente.

Têm sido desenvolvidos circuitos de medição para medidores de freqüência com indicador de ponteiro e, especialmente, para os registradores de freqüência que geralmente têm por base o método de carga de um condensador. Este método consiste em um condensador sendo carregado a uma tensão constante durante cada período da corrente alternada e, em seguida, ele é descarregado por meio de um instrumento de medição. A energia de descarga de pulso permanece constante de forma que o valor médio da corrente indicado pelo instrumento só dependa da freqüência. A carga e descarga do condensador pode ser enviada por meio de diodos. Os diodos Zener mantêm constante a tensão de carga.

Para uma margem de freqüências estreita, são usados diferentes dispositivos de medição com circuitos ressonantes nos dois lados de um valor teórico. Os períodos de corrente alternada durante um determinado tempo podem ser contados com contadores eletrônicos. O valor da freqüência pode ser transmitido a indicadores por dígitos ou a outras unidades para seu processamento subseqüente.

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medição da freqüência8. Medição do campo magnético e da freqüência 164

189

ATIVIDADE

Assinale se as seguintes afirmações são verdadeiras ou falsas.

FALSOVERDADEIRO

Uma vez obtido o valor da freqüência, ele pode ser transferido para outros indicadores para seu processamento.

6

As medições de campos magnéticos têm por base a lei de Ohm.

5

A freqüência é medida com o uso de corrente contínua.

4

Para a medição com bobina móvel, o impulso de tensão induzida é avaliado com um galvanômetro balístico.

3

Os medidores de freqüência com indicador de ponteiro têm por base o método de carga de um condensador.

2

Os efeitos galvanomagnéticos são produzidos nos condutores móveis.

1

Se for usado o efeito Hall para medir um campo magnético, a direção do campo não será conhecida.

7

Parabéns! Você concluiu o Capítulo 8. A seguir, o capítulo “Operação do aparelho de medição elétrica”.

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Medidas elétricas

Operação de aparelhos elétricos de medição

9


179

1679.1 Regras gerais

9.2 Dispositivos de medição

9.3 Comparação de dispositivos de medição

168

165

189

Este capítulo trata do mecanismo e uso de diferentes aparelhos de medição elétrica.

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9. Operação de aparelhos elétricos de medição 166

189

Regras gerais9.1

O dispositivo de medição de um instrumento elétrico faz bom uso de uma propriedade física de uma quantidade correspondente para compará-la com valores pré-dispostos por meio do projeto e configuração do instrumento.

Um dispositivo de medição consiste essencialmente em um elemento e partes de acionamentos; seu movimento ou posição representa a medição da quantidade cujo valor queremos conhecer. As partes móveis têm de assentar-se de forma que o atrito seja mínimo.Se as partes móveis estiverem penduradas em um arame ou correia tensionadora (galvanômetro), quando forem viradas, elas fornecerão a força restauradora necessária para voltar à sua posição original. Ao mesmo tempo, estas partes poderão ser usadas também para conduzir a corrente.No caso de suspensão articulada, são instaladas molas espirais adicionais para estes fins.

g

ab

cd e

f

h

Apoio sobre articulação

kj

i

Suspensão em correia tensionadora

a. Ponteiro indicador.b. Palheta de

amortecimento.c. Câmara de

amortecimento.d. Eixo.e. Mancal.f. Ferro móvel.

Disposição de elementos móveis em sistemas de medição.

g. Pesos de compensação.h. Mola. i. Correia tensionadora.j. Mola de tração.k. Apoio.

/

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Para que um dispositivo de medição possa voltar à sua posição desligada com a devida velocidade, após a variação de um valor da medição, será necessário um elemento oscilante de amortecimento adicional. Via de regra, a primeira sobremodulação produzida ao conectar-se um valor de medição equivalente a dois terços do comprimento desta escala é limitada a 20 % da escala.

Regras gerais9. Operação de aparelhos elétricos de medição 167

189

O tempo exigido pelo ponteiro para indicar um valor que não seja diferente da posição final em mais de 1,5% do comprimento da escala geralmente é inferior a 4s.

NOTA

I

Hz

II

IIIConexão direta de um medidor de freqüência com placa oscilante.

Hz

I

II

III

Conexão através de um transformador de tensão monofásico com circuito secundário derivado à terra de um medidor de freqüência com placa oscilante a uma linha de energia elétrica.

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189

Dispositivos de medição9.2

Dispositivos de medição com uma bobina móvel Um dispositivo de medição com uma bobina móvel faz melhor uso de uma

força condutiva no campo magnético através do qual flui uma corrente.

• A bobina (condutor) é posta sobre uma armação giratória no campo magnético de um ímã permanente de forma a ser produzido um torque proporcional à intensidade da corrente.

• A armação pode ser disposta sobre articulações; neste caso, são usadas molas espirais para produzir o torque oposto necessário e, portanto, conduzir a corrente.

• Se a armação estiver pendurada por correias tensionadoras, estas correias proporcionarão o torque oposto e conduzirão a corrente até a bobina.

• No eixo de um ímã externo, a bobina fica entre os pontos polares e gira ao redor de um núcleo de ferro doce em forma de cilindro.

• O sistema de medição com ímã de núcleo possui um corpo em forma de cilindro com magnetização transversal em sua bobina e em sua parte externa um tubo de ferro doce para fechar o circuito magnético.

Corte transversal de um instrumento de precisão com marca luminosa e sistema

de bobina móvel.

Para amortecer oscilações, as correntes induzidas no enrolamento e na sede da bobina – que é uma armação de curto-circuito - são suficientes graças à grande intensidade do campo magnético.

Perturbações devido a campos magnéticos externos quase não têm influência por causa da grande intensidade do próprio campo. Aparelho magnetoelétrico para medição

da intensidade e tensão em corrente contínua.

1. Ímã permanente.2. Molas condutivas opostas.3. Correção de zero.4. Bobina móvel.

1

2

3

4

/

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Dispositivos de medição9. Operação de aparelhos elétricos de medição 169

189

Os sistemas de medição com bobina móvel são adequados para medir a intensidade e tensão em corrente contínua. O consumo será reduzido e a escala será linear se o campo magnético for homogêneo. Como a direção de deflexão do ponteiro depende da direção da corrente, o sistema de medição pode ser ajustado de forma que o ponto zero fique no centro da margem de medição.

Para medir a intensidade e tensão em corrente alternada, são usados instrumentos de bobina móvel com retificadores do tipo G; neste caso, é necessário um ajuste de escala diferente do usado para medições em corrente contínua.

A bobina móvel - de enrolamento extraordinariamente fino e massa de apenas alguns mg - é disposta no campo magnético entre peças polares, sem que o campo esteja sendo homogeneizado por meio de um núcleo de ferro.

Em princípio, o funcionamento é o mesmo que em um sistema de medição com bobina móvel.

Símbolo

Peça polar de ímã (fora da caixa do oscilador)Bobina móvel

Correia tensionadora

Correia tensionadora

Mola de tração da correia

Espelho

Sistema de medição com bobina oscilante.

Dispositivos de medição do quociente com bobina móvel

O elemento móvel com um par de bobinas cruzadas é o tipo construtivo mais bem conhecido. A forma das peças polares é tal que a distância intereletródica é mais ampla nas extremidades. Portanto, a indução é mais reduzida e o torque da bobina depende de sua posição. Símbol

o

/

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189

No circuito mostrado na figura, há compensação dos componentes de torque. Como a tensão da bateria influencia os dois componentes, suas possíveis variações não são mostradas na indicação.

Sistema de medição eletrodinâmico

É formado por uma bobina móvel, que geralmente constitui o “circuito voltimétrico” disposto no campo magnético da bobina de campo, que normalmente é o “circuito amperimétrico”. No caso de corrente contínua, o torque resultante da intensidade do campo e a corrente que atravessa a bobina móvel é o resultado da multiplicação do valor da tensão pela corrente.

Símbolos

1. Bobinas de campo (circuito amperimétrico).

2. Bobinas móveis (circuito voltimétrico).3. Conexões de bobinas móveis (cada uma

delas por meio de uma correia tensionadora e uma mola de força de guia).

4. Eixo central.5. Elemento de amortecimento da corrente

de Foucault.Corte transversal de um sistema wattmétrico ferrodinâmico duplo para instrumentos de painel.

O torque é compensado pelo torque das correias tensionadoras e das molas de força de guia, que também conduzem corrente até as conexões de bobina móvel. A direção da deflexão do ponteiro permanecerá constante se a corrente polaridade for modificada ao mesmo tempo em ambos os circuitos. Portanto, este sistema de medição também é apropriado para corrente alternada e reage à potência ativa (U. I. cos ).

Freqüentemente é usado o tipo construtivo com um ímã central. O campo magnético existente entre o núcleo e o tubo de ferro que serve para fechar o circuito magnético mostra a forma senoidal desejada.

Instrumento de bobina cruzada para medir resistência.

1

32

4

5

3

P = U . I

/

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• Sistemas de medição eletrodinâmicos são praticamente independentes da freqüência e da forma da curva.

• Estes dispositivos sem ferro são usados em instrumentos de medição de precisão e, quando providos de ferro, são usados em instrumentos de serviço e registro.

• Para proteger os instrumentos sem ferro contra campos magnéticos externos, são seguidos dois procedimentos: estratificação e blindagem. No primeiro caso, as partes ativas são em duplas, as partes móveis são colocadas em um único eixo ou ficam penduradas em correias tensionadoras padrão para que os torques originados pelos campos magnéticos sejam mutuamente compensados.

• A blindagem é executada com chapas de alta permeabilidade.

NOTA

Aparelho com bobinas cruzadas, sem núcleos de ferro para medição do fator de potência em corrente alternada.

1. Bobina fixa.2. Bobina

móvel.

1. Bobina de tensão.2. Bobinas de intensidade.3. Tambor de alumínio com núcleos

de chapas de ferro.4. Amortecedor eletromagnético.

Aparelho de indução ou Ferraris para medição da intensidade da tensão e potência em corrente alternada.

1 2

1

23

4

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Sistema de medição com ferro móvel

Este sistema é constituído por uma parte de ferro móvel e uma parte de ferro fixo. Ambas são magnetizadas com a mesma polaridade pela bobina amperimétrica ou voltimétrica sobreposta e repelem-se uma à outra, produzindo um torque ao qual o torque da mola de força de guia é oposta.

Símbolo

Sistema de medição com ferro móvel com apoio nas articulações dos instrumentos de painel.

1. Escala2. Ponteiro3. Ferro fixo4. Mola5. Bobina6. Regulação7. Ferro móvel8. Amortecimento

Ferros ou bobinas possuem um formato tal que é obtida uma configuração quase linear com a escala; no entanto, a repulsão mútua dos ferros magnetizados depende do esquadro da intensidade de corrente.

• O sistema de medição com ferro móvel reage aos valores eficazes, e portanto pode ser usado em corrente tanto contínua quanto alternada.

• Nenhuma corrente passa pelo elemento móvel; este sistema é mecânica e eletricamente robusto, mas seu consumo de energia é consideravelmente maior que o da bobina móvel. Portanto, não é conveniente usar resistências em paralelo para ampliar a margem de medição, pois usá-las aumentaria ainda mais o consumo de energia do dispositivo.

• Os sistemas de medição usados para instrumentos de precisão protegem contra campos externos.

NOTA

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189

Sistema de medição com ímã móvel

Este dispositivo de medição é adequado para medições em corrente contínua. Sua escala é aproximadamente proporcional e pode ser aumentada ou reduzida dentro de determinados limites.

O ímã rotativo diametralmente magnetizado em forma de disco ajusta-se ao valor resultante do campo magnético da bobina fixa através do qual a corrente se propaga.

• Como a direção da deflexão do ponteiro depende da direção da corrente, o ponto zero pode ser encontrado dentro da escala.

• O elemento móvel não requer cabos de ligação nem de molas de força de guia; conseqüentemente, ele é bastante leve e resistente a vibrações.

NOTA

Sistema de medição eletrostático

A tensão em corrente contínua e alternada e também em alta freqüência (valor eficaz) pode ser medida com o sistema de medição eletrostático.

Aparelho de medição eletrostático para medir tensões em corrente contínua e alternada1- Placas fixas2- Placas móveis.

A força mutuamente exercida pelas duas cargas elétricas é usada para medir tensões, dispondo uma portadora de carga fixa e uma móvel contra a ação de uma força de guia (por exemplo: faixa de tensionamento).A parte ativa fixa geralmente é constituída por várias câmaras sobrepostas ou dispostas como pares de quadrantes. O elemento móvel é constituído por vários corpos de chapa leve (“ponteiros”) que são introduzidos nestas câmaras.

Quando se mede tensões em corrente contínua, apenas a potência necessária para a carga é absorvida da fonte de tensão e, quando se mede tensão em corrente alternada, somente a potência reativa é absorvida. É preciso um bom isolamento de eletrodos .

NOTA

Símbolo

Símbolo

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Sistema de medição bimetálicoUma mola de lâmina bimetálica enrolada é fixada ao robusto eixo do sistema de medição. Quando a corrente passa pela mola, esta última é aquecida e deformada, causando com isso a rotação do eixo. Outra mola de lâmina bimetálica similar, para compensação, e que é protegida por um disco contra calor, age sobre o eixo na direção do giro oposto. No entanto, nenhuma corrente propaga-se através deste segundo eixo; desta forma, podem ser compensadasoscilações da temperatura ambiente.

• O tempo de estabilização do sistema de medição bimetálico é de aproximadamente 10 minutos.

• Os pontos de corrente de curta duração que produzem apenas um aquecimento reduzido da mola bimetálica principal contribuem significativamente para a deflexão do ponteiro, ao passo que cargas permanentes produzem um padrão.

• O torque exercido é aproximadamente mil vezes maior que o de outros sistemas de medição. Por esta razão, o ponteiro indicador pode arrastar outro que serve para a leitura posterior do valor máximo alcançado em cada caso.

NOTA

Sistema de medição por vibração

Como resultado da freqüência a ser medida, um eletroímã gera vibrações mecânicas de uma série de lâminas elásticas colocadas sobre uma peça comum e sintonizadas em diferentes valores de sua própria oscilação. A palheta que estiver em ressonância com a freqüência oscila com grande amplitude, indicando claramente o valor da medição correspondente.

Símbolo

1. Conexão da corrente2. Saída de corrente3. Mola bimetálica através da qual a

corrente flui4. Eixo5. Ponteiro6. Escala7. Mola oposta (bimetálica)8. Bucha de apoio

Corte transversal de um sistema de medição bimetálico para instrumentos de painel.

Símbolo

/

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1. Bobina excitadora.2. Palheta de aço.

Sistema de medição por vibração do medidor de freqüência com palhetas (instrumento de operação).

Medidor de freqüência de palhetas ressonantes.

49 50 51

50 Hz

49 50 51

49,75 Hz

1. Placas oscilantes.2. Bobina.

Aparelho com placas oscilantes para medidas de freqüência em corrente alternada.

1

2

/

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Tubo de raios catódicos

Um cátodo (No.2) emite eletrodos livres em um tubo de vidro com vácuo. O cilindro Wehnelt (Nº 3), disposto atrás do cátodo, regula o fluxo de elétrons agrupados em um sistema óptico (campo Nº 4) formando um feixe, sendo acelerado pelo ânodo 5.

Depois do sistema óptico, são dispostos dois pares de placas perpendiculares entre si; sua função é defletir o feixe de elétrons da posição central. O par de placas (Nº 6 - deflexão x) geralmente é aplicado a um “circuito de varredura” e o par de placas (Nº 7 - deflexão y) é sujeito à tensão a ser medida.

O feixe de elétrons, focalizado através da opção apropriada de potenciais de Nº 4 para que o foco fique sobre a tela, aquece a camada luminescente no ponto de incidência (fluorescência ou fosforescência).

1. Elemento de aquecimento.

2. Cátodo.3. Cilindro Wehn.4. Lente elétrica.5. Ânodo.6, 7 Placas de deflexão.8. Tela.

Elementos de um tubo (tubo Braun).

2

1

3 4 5 67

8

Desta forma, a deflexão do feixe eletrônico é visualizada sob a influência dos campos defletores, ou seja, a variação do mensurando é representada em coordenadas cartesianas.

Tubos de raios catódicos são dispositivos de medição que têm praticamente nenhuma inércia. Eles são usados para registrar valores de tensão dependendo do tempo. No entanto, também pode ser representado um diagrama de determinada tensão em conexão a outra.

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189

Um importante recurso destes tubos é dado pela persistência do padrão luminoso na tela. Para processos que variam muito lentamente, é necessária uma grande persistência; no entanto, para processos com uma variação rápida, a persistência deve ser muito breve.

B

V vertical

++-

Placas de deflexão vertical Placas de deflexão

horizontal

Resistência do emissor Feixe de

elétrons

V horizontal

Contraplaca do condutor Tela

fluorescente

Ponto brilhante

Cátodo de aceleração

Osciloscópios

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189

ATIVIDADE

Sistema de medição eletrodinâmico.

Instrumentos com bobina móvel.

Dispositivos de medição do quociente com bobina móvel.

Com base nas explanações dos diferentes dispositivos de medição dadas acima, resolva a seguinte atividade .

Usando setas, ligue o símbolo ao sistema de medição correspondente.

Sistema de medição eletrostático .

Sistema de medição com ferro móvel.

Sistema de medição com ímã móvel.

Sistema de medição bimetálico.

Sistema de medição por vibração.

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189

Comparação de dispositivos de medição

9.3

Além disso, o aparelho pode ser contrastado com um padrão e seus desvios podem ser mostrados em um gráfico indicando o desvio aproximado correspondente a cada medição, para que a medição feita com o aparelho contratado seja perfeita.

Comparação de ohmímetros

Para contrastar um ohmímetro Ωx com outro padrão Ωρ eles devem ser conectados conforme mostrado no diagrama:

Ωx

Ωρ

R

+

-

Comparação de Amperímetros

A intensidade será determinada para valores pequenos e ela aumenta à medida que são feitas as medições. Isto é conseguido com o uso de um reostato quando se elimina a resistência, aumentando-se a intensidade em uma proporção inversa. Os dois amperímetros devem ser conectados em série no mesmo circuito, conforme indicado no seguinte diagrama:

Comparação de aparelho de medição refere-se à verificação das divisões da escala do aparelho mediante sua comparação com a quantidade com que eles correspondem aos valores reais.

Comparação de ohmímetros


+

-

Ax Aρ

R

Comparação de Amperímetros

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Comparação de dispositivos de medição9. Operação de aparelhos elétricos de medição 180

189

Comparação de Voltímetros

Para obter variações de tensão, é usado um variador de tensão; ele provê diferentes pontos de tensão aos dois voltímetros a partir do zero, fazendo com a parte móvel do variador gire.

Os dois voltímetros devem ser conectados em paralelo, conforme mostrado no diagrama abaixo:

+

-

R

S

Vx Vρ

Comparação de Wattímetros Os dois wattímetros, o Wx contrastado e o padrão Wρ, devem ser conectados em série, isto é, para que a mesma corrente a ser medida atravesse os dois.

Uma carga variável deve ser intercalada, para que a resistência diminua progressivamente e, portanto, quando a corrente absorvida estiver mais alta, a potência também será mais alta.

Comparação de Voltímetros

R

S

+

-

Wx

Wρ

R

Comparação de Wattímetros

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189


ATIVIDADEmais baixa.mais alta.

3 Para contrastar wattímetros, a carga variável é intercalada, para que a tensão seja progressivamente…

série.paralelo.

1 Para contrastar amperímetros, eles são conectados em…

2 Para contrastar voltímetros, eles são conectados em…

série.paralelo.

O capítulo “Operação do aparelho de medição elétrica” está concluído. Parabéns! Você terminou o curso sobre medições elétricas.

APÊNDICE

CAPÍTULO

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2: Introdução às medidas elétricas

2.1 Símbolos gerais

182

189

AmperímetroA

VoltímetroV

WattímetroW

Medidor de fase

Medidor de freqüênciaHz

Ohmímetro

Medidor de capacitância

f

Sincronoscópios

Medidor de energia

Corrente contínua Corrente alternada

Conexão à terra

Resistência ôhmica pura

Indutância

Resistor indutivo

Símbolo Designação

APÊNDICE /

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183

189

Conexão variável

Chave unipolar

Chave unipolar (3 posições)

Chave de transferência do voltímetro

Chave tripolar

bateria ou bateria de armazenamento

Curto-circuito do fusível

Lâmpada incandescente

Lâmpada fluorescente

Bateria primária ou bateria secundária

Reostato

Posto de ligação

Linhas de interseção sem conexão

Capacitor

Linhas de interseção com conexão

Gerador de corrente contínua

Motor de corrente contínua

Gerador de corrente alternada

Motor monofásico

Motor trifásico


APÊNDICE /

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184

189

Regulador de tensão

Motor assíncrono com rotor enrolado

Transformador de tensão

Transformador de corrente

Transformador variável

Instrumento trifásico com dois circuitos de corrente e um circuito de tensão

Corrente alternada

Corrente contínua e alternada

Instrumento trifásico com um circuito de corrente e um circuito de tensão

Instrumento monofásico com dois circuitos de corrente e um circuito de tensão

Corrente contínua

Instrumento trifásico com um circuito de corrente e dois circuitos de tensão

Instrumento trifásico com dois circuitos de corrente e dois circuitos de tensão

Instrumento trifásico com três circuitos de corrente e dois circuitos de tensão

Instrumento trifásico com três circuitos de corrente e três tensão circuitos

Instrumento a ser usado em uma posição vertical


APÊNDICE /

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185

189

Posição horizontal

Instrumento a ser usado com o dial em uma posição inclinada (60°)

Instrumento de bobina móvel e ímã permanente (Ímã elétrico)

Instrumento de bobina móvel e ímã permanente (ímã elétrico diferencial)

Instrumento de duas bobinas móveis cruzadas e ímã permanente (medidor do quociente magnetoelétrico)

Instrumento de ímã móvel e bobina fixa

Instrumento de ferro móvel e bobina e ímã fixos

Instrumento de ferro móvel e bobina fixa (Instrumento ferromagnético ou de ferro móvel)

Medidor do quociente ferromagnético

Instrumento eletrodinâmico sem ferro

Instrumento eletrodinâmico com ferro (Ferrodinâmico)

Instrumento eletrodinâmico de bobinas cruzadas sem ferro (Medidor do quociente eletrodinâmico)

Instrumento métrico de quociente ferrodinâmico

Instrumento de indução

Instrumento métrico de quociente ferrodinâmico


APÊNDICE /

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186

189


Instrumento eletrostático

Instrumento de expansão térmica

Instrumento métrico de quociente de indução

Instrumento magnetoelétrico com termopar externo não acoplado

Instrumento de placas oscilantes

Termopar não acoplado

Instrumento magnetoelétrico com termopar não acoplado incorporado

Termopar isolado

Instrumento magnetoelétrico com termopar isolado incorporado

Retificador

Instrumento magnetoelétrico com retificador incorporado

Transformador de corrente

Instrumento magnetoelétrico com retificador e transformador de corrente incorporadosInstrumento magnetoelétrico com retificador externo

Derivação do instrumento de medição

Instrumento magnetoelétrico com derivação externa

Resistência adicional

Exec. Anti-gás metano pro-tec classe “elev Secure”, gr Infl G1

Por exemplo, para Contra amostra CI Pr “elev Secure” gr Infl G1

Scn e

EX e G1

APÊNDICE /

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187

189


Corrente contínua

Corrente trifásica com 1 sistema de medição

Corrente trifásica com 2 sistemas de medição

Corrente trifásica com 3 sistemas de medição

Corrente alternada

Corrente contínua e alternada

Símbolo de classe ref. valor final da margem de medição

Símbolo de classe, referente ao valor correto

Posição de aplicação horizontal

Posição de aplicação inclinada (indicação do ângulo de inclinação)

Posição de aplicação horizontal

Símbolo de classe, referente ao valor correto

Resistência em paralelo separada

Resistência em série separada

Tela magnética (ferro)

Tela eletrostática

Sistema estático

Nota (observar as instruções de operação)

Sistema estático

1,5

1,5

1,5

2

est

!

60°

Símbolo de classe ref. comprimento ou largura da escala. Inscrição

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189

Instrumento com bobina móvel

Sistema com ímã móvel

Sistema de medição do quociente com ímã móvel

Sistema de medição do quociente com bobina móvel

Sistema com ferro móvel

Sistema de medição do quociente com ferro móvel

Sistema eletrodinâmico (sem ferro)

Sistema eletr. de medição (com circuito de ferro mag.)

Sistema de medição eletrodinâmico do quociente (sem ferro)

Sistema eletr. de medição do quociente(com circ. de ferro mag.)

Sistema de medição dos quocientes de indução

Sistema de indução

Sistema térmico

Sistema vibratório

Nota (observar as instruções de operação)

Sistema bimetálico

Retificador

Transp. Termoel.

Transp. Termoel. Isol.

Suplemento a

Apoio da faixa de tensionamento (linha abaixo do símbolo. Siem. International Standards)


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Instrumento de medição, representação geral, especialmente para indicação

Indicação de instrumento com sistema de medição para formação de quocientes

Sistema de medição, símbolo de indicação geral

Símbolo de medição, símbolo de indicação com deflexões do ponteiro nos dois lados

Sistema de medição, símbolo de indicação digital

Amperímetro, marcação A

Amperímetro com sistema de medição, marcação A.

Voltímetro para corrente contínua e alternada, marcação V

Aparelho para medir diferenças de tensão com sistema de medição

A

Indicação de instrumento com sistema de medição para formação de produtos

Instrumento de corrente trifásica, 50 Hz com Sistema eletrodinâmico e circuito magnetizado com ferro, classe 1,5; dois verticais [disposição], tensão de teste 2 kV, conexão do transformador: corrente nominal, primária 50 A e corrente nominal em secundária 5 A; Tensão nominal: primária 1000 V, secundária 100 V.

Exemplo:

2

50

50/5 A

1000/100 V

1,5

Watt. p/ corrente trifásica de 4 fios. Adequada para qualquer carga. C/ 3 sistemas de medição (circuito amperimétrico em série), marcação em W.

Instrumento de medição, símbolo geral, especialmente para registradores

Instrumento de medição, símbolo de registro: registro

Instrumento de medição, símbolos de registro: registro de pontos

Instrumento de medição, símbolo do registrador: impressão digital

Instrumento de medição, símbolo de registro: punção

Watt. for corrente de três fios trifásico. Adequado para qualquer dist. de carga C/ 2 sistemas de medição (circuito amperimétrico em série), marcação em W.Ponte de resistência com medidor de zero ao centro incorporado

Integração de aparelhos, especialmente medidores elétricos

Medidor de Kwh. de três fios trifásico. Adequado a qualquer dist. de carga, c / 2 sistemas de medição.

Símbolo Designação Símbolo Designação

instrumentos[1]

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