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7/22/2019 teste de saturao tcs
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINACentro Tecnolgico
Programa dePs-graduao em Metrologia Cientfica e Industrial
Maria Isabel da Costa Bandeira
AUTOMAO DO ENSAIO DE SATURAO EMTRANSFORMADORES DE CORRENTE UTILIZADOS
EM SISTEMAS DE TRANSMISSO DE ENERGIAELTRICA
Dissertao submetida Universidade Federal de Santa Catarinapara obteno do Grau de Mestre em Metrologia
Orientador: Prof. Carlos Alberto Flesch, Dr. Eng.
Florianpolis, 2004.
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AUTOMAO DO ENSAIO DE SATURAO EMTRANSFORMADORES DE CORRENTE UTILIZADOS
EM SISTEMAS DE TRANSMISSO DE ENERGIAELTRICA
Maria Isabel da Costa Bandeira
Esta dissertao foi julgada adequada para obteno do ttulo de
Mestre em Metrologia
e aprovada na sua forma final pelo
Programa de Ps-graduao em Metrologia Cientfica e Industrial.
Prof. Carlos Alberto Flesch, Dr. Eng.Orientador
Prof. Marco Antnio Martins Cavaco, Ph. D.Coordenador do Curso de Ps-graduao em Metrologia Cientfica e Industrial
Banca Examinadora:
Prof. Marco Antnio Martins Cavaco, Ph. D.Departamento de Engenharia Mecnica UFSC
Prof. Celso Luiz Nickel Veiga, Dr. Eng.Departamento de Engenharia Mecnica PUCPR
Prof. Hari Bruno Mohr, Dr. Eng.Departamento de Engenharia Eltrica - UFSC
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A todos que acreditam, persistem, entregam-se
e realizam seus sonhos, com amor.
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AGRADECIMENTOS
Ao LABMETRO, por ter me acolhido, me proporcionado uma formao com
profissionais de indiscutvel talento e competncia, alm da oportunidade de realizar
esse trabalho que me transformou em uma profissional e pessoa muito, muito
melhor.
Ao meu amor e companheiro, Flavio, por toda a fora, apoio, pacincia, dedicao e
essencial contribuio no trabalho de arte grfica.
A minha querida me, Eliete, pela sua dedicao, luta, esforos e orientao na
minha formao.
Ao grande Professor Carlos Alberto Flesch, por todo o seu empenho, pacincia,
impecvel orientao e competncia, bom humor e valorosa contribuio neste
documento.
Aos profissionais da ELETROSUL que me apoiaram desde o incio desse trabalho e
participaram da sua estruturao com muito profissionalismo, dedicao e otimismo:
Egidio Loch, Paulo Bernardes, Clndio Radeck e Dalvir Maguerroski.
Aos profissionais do LALTE, onde foi implementado esse projeto, pela estrutura
concedida, profissionalismo, dedicao e ampliao das suas aplicaes.
Ao amigo Mestre, Csar Penz, pela grande e fundamental ajuda, competente etranqila, nos momentos mais difceis.
Aos amigos por todo carinho, amizade, apoio e companheirismo: Jana, Lu, Snia,
Csare, Liliana, Mario, Alex, Ana, Jaison, Gemaque, Puchalski, Fabrcio (em
memria) e todos da especial e nica turma 2002.
Somos todos anjos de uma nica asa e s podemosvoar quando abraados uns aos outros.
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RESUMO
A garantia da confiabilidade dos transformadores de corrente utilizados nos
sistemas de transmisso de energia eltrica obtida atravs de ensaios. O ensaio
de saturao um deles.
Foi acompanhado o dia-a-dia de um dos mais competentes laboratrios do
Brasil na rea e foi feito um levantamento do estado-da-arte de tal ensaio no tocante
metrologia. Observou-se quase completa omisso com relao a aspectos
metrolgicos, em especial no tocante avaliao da incerteza, em publicaes,
procedimentos e normas.
Identificou-se tambm a possibilidade de automao de tal ensaio, com
investimentos de pequena monta. Desenvolveu-se um sistema automatizado com
Labview. Promoveu-se uma avaliao da incerteza e props-se uma forma de
considerar tal incerteza na anlise da conformidade dos equipamentos. A
automao permitiu auferir ganhos significativos, operacionais e de confiabilidade
metrolgica.
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ABSTRACT
The guarantee of the reliability of the current transformers used in the systems
of electrical energy transmission is gotten through tests. The saturation assay is one
of them.
The day-by-day of one of the most competent Brazilian laboratories in the area
was followed and was made a survey about the state of the art in this assay that
relates to metrology. Almost complete omission with regard to metrological aspects
was observed, in special in that it relates to the uncertainty evaluation in publications,
procedures and norms.
It was also identified the possibility of automate this assay with investments of
small sum. An automated system with Labview was developed. An evaluation of the
uncertainty was promoted and a form to consider such uncertainty in the conformity
analysis of the equipment was proposed. The automatization allowed to improve
significant operational and metrological reliability profits.
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1: TC na linha de transmisso e conexo com instrumentos de medio e
proteo. ............................................................................................................18
Figura 2: Modelo do transformador de corrente ........................................................27
Figura 3: Representao fasorial do funcionamento do TC (as grandezas no esto
representadas em proporo real) [3]. ...............................................................29
Figura 4: Grfico I2= f(I1) Corrente limite a partir da qual o TC entra em saturao.
Na medio curva (1) e na proteo curva (2)...................................................31
Figura 5: Comportamento da curva de magnetizao b=f(h) e a resposta
correspondente da corrente de excitao para 4 situaes de operao [3]. ....34
Figura 6: Regies da curva de saturao de TC VS=f(Im) (VS=Vee Im=Ie) [2]. ..........35
Figura 7: Corrente secundria na sada de um TC Saturado (preto) No
saturado (azul) [19]. ...........................................................................................37
Figura 8: Curva de saturao tpica do TC Ilustrao de pontos crticos [40]. ......44
Figura 9: Circuito eltrico do ensaio de saturao em TC........................................46
Figura 10: Diagrama em blocos da arquitetura de um sistema de aquisio de sinais
...........................................................................................................................53
Figura 11: Elementos tpicos de um sistema de aquisio de sinais........................54
Figura 12: Diagrama de blocos do sistema de automao do ensaio de saturao em
TC ......................................................................................................................70
Figura 13: Diagrama de comando e potncia da fonte de tenso AC varivel..........74
Figura 14: Circuitos de acionamento da fonte de tenso, isolao, chaves de posio
e conexo com o pente de bornes da placa DAQ..............................................75
Figura 15: Modulo de operao - CONTROLE FONTE ............................................78
Figura 16: Mdulo de interface REALIZAR ENSAIO..............................................79
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Figura 17: Painel frontal calibrao da tenso ..........................................................80
Figura 18: Montagem do circuito de ensaio de saturao automatizado para
enrolamentos de medio de TC .......................................................................84
Figura 19: Montagem do circuito de ensaio de saturao automatizado para
enrolamentos de proteo de TC.......................................................................84
Figura 20: Caixa do circuito de controle da fonte de tenso ....................................86
Figura 21: Diagrama em blocos geral para as duas cadeias de medio e
mapeamento das possveis incertezas associadas ...........................................89
Figura 22: Diagrama em blocos do circuito da calibrao dos transdutores .............90
Figura 23: Curva de calibrao do transdutor de tenso - nvel de confiana de 95%
...........................................................................................................................97
Figura 24: Curva de calibrao do transdutor de corrente de (750 a 10000) mA -
nvel de confiana de 95% ...............................................................................100
Figura 25: Curva de calibrao do transdutor de corrente de (10 a 750) mA - nvel de
confiana de 95%.............................................................................................100
Figura 26: Circuito eltrico equivalente da cadeia de medio da tenso..............101
Figura 27: Circuito reduzido da cadeia de medio da tenso................................104
Figura 28: Modelo equivalente da cadeia de medio da corrente ........................105
Figura 29: Diagrama da sub-rotina de balano de incertezas.................................108
Figura 30: Ilustrao da proposta para o estabelecimento do Lc............................113
Figura 31: Curva de saturao tpica para TC classes C ou K com ncleo fechado
[11]. ..................................................................................................................113
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LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Corrente e relaes nominais simples para TC segundo a ABNT [9].....20
Tabela 2: Cargas nominais para medio e proteo [11] [9]. .................................21
Tabela 3: Fator trmico normatizado para transformadores de corrente .................22
Tabela 4: Descrio dos itens do circuito de ensaio de saturao automatizado ....85
Tabela 5: Definio das incertezas padres do processo de calibrao com base no
fabricante ...........................................................................................................93
Tabela 6: Incertezas obtidas na calibrao do transdutor de tenso ........................95
Tabela 7: Caractersticas metrolgicas dos instrumentos de calibrao1..................96
Tabela 8: Incertezas obtidas na calibrao do transdutor de corrente......................98
Tabela 9: Caractersticas metrolgicas dos instrumentos de calibrao...................98
Tabela 10: Especificao de exatido da placa DAQ 6024 E [91]. ........................106
Tabela 11: Faixas de medio na placa DAQ e VM correspondente......................108
Tabela 12: Incertezas padro e expandida das cadeias de medio.....................109
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SUMRIO
1 INTRODUO .......................................................................................................13
1.1 Caracterizao do escopo deste trabalho........................................................13
1.2 Objetivos do trabalho.......................................................................................14
1.3 Estrutura de apresentao do trabalho............................................................15
2 TRANSFORMADORES DE CORRENTE .............................................................17
2.1 Especificaes.................................................................................................18
2.1.1 Corrente e relao nominal .......................................................................19
2.1.2 Carga nominal...........................................................................................20
2.1.3 Fator trmico .............................................................................................21
2.1.4 Classes de exatido..................................................................................22
2.1.5 Tenso secundria nominal ......................................................................23
2.1.6 Impedncia secundria na proteo .........................................................23
2.1.7 Servios de proteo e medio ...............................................................24
2.2 Modelagem de TC ..........................................................................................25
2.3 A saturao em transformadores de corrente..................................................30
2.3.1 Curva de magnetizao do TC..................................................................32
2.3.2 Efeitos da saturao de TC em campo .....................................................36
2.4 Consideraes................................................................................................38
3 ENSAIO DE SATURAO EM TC .......................................................................40
3.1 Mtodo de ensaio ............................................................................................41
3.1.1 Tolerncias especificadas.........................................................................42
3.1.2 Anlise da curva de saturao ..................................................................44
3.2 Realizao de ensaio.......................................................................................45
3.2.1 Ensaio de saturao..................................................................................45
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3.2.2 Ensaio de exatido para proteo Mtodo indireto ................................47
3.3 Confiabilidade metrolgica...............................................................................49
4 REQUISITOS PARA A AUTOMAO DE BANCADAS DE ENSAIOS.................52
4.1 Sistemas de aquisio de sinais......................................................................53
4.1.1 Transdutores .............................................................................................54
4.1.2 Condicionador de sinais............................................................................55
4.1.3 Processamento e apresentao de dados................................................57
4.2 Estruturas usuais em aquisio de sinais........................................................58
4.2.1 Instrumentos com interface de comunicao............................................59
4.2.2 Sistemas modulares ou bastidores ...........................................................61
4.2.3 Placas de aquisio de dados...................................................................62
4.3 Escolha da estrutura adequada ...................................................................65
5 DESENVOLVIMENTO DO SISTEMA DE AUTOMAO DO ENSAIO..................68
5.1 Estrutura do sistema de automao do ensaio................................................68
5.2 Descrio do hardware desenvolvido ..............................................................69
5.2.1 Placa de aquisio ....................................................................................70
5.2.2 Medio da corrente e tenso...................................................................72
5.2.3 Controle da fonte de tenso ......................................................................73
5.3 Descrio do software .....................................................................................76
5.3.1 Mdulos de interface de operao. ...........................................................77
5.3.2 Aquisio, processamento e armazenamento de dados...........................81
5.4 Procedimento de realizao do ensaio............................................................83
5.4.1 Diagrama da montagem fsica ..................................................................83
5.4.2 Procedimento operacional.........................................................................86
6 AVALIAO METROLGICA DO SISTEMA DESENVOLVIDO .......................... 88
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6.1 Caracterizao do processo de medio.........................................................88
6.2 Avaliao a priori da incerteza da medio .....................................................90
6.2.1 Calibrao dos transdutores .....................................................................90
6.2.2 Avaliao da incerteza da calibrao........................................................92
6.2.2.1 Resultados da calibrao do transdutor de tenso ................................95
6.2.2.2 Resultados da calibrao do transdutor de corrente..............................97
6.2.3Modelo das cadeias de medio.............................................................101
6.2.4 Placa DAQ ..............................................................................................105
6.3 Balano de incertezas....................................................................................107
6.4 Aplicao da incerteza da medio na avaliao crtica dos resultados do
ensaio ..................................................................................................................110
7 CONCLUSES ...................................................................................................114
Recomendaes para trabalhos futuros ..............................................................117
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ....................................................................119
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1 INTRODUO
1.1 Caracterizao do escopo deste trabalho
Equipamentos dos sistemas de transmisso e distribuio de energia
eltrica so ensaiados periodicamente para avaliao da conformidade. A
conformidade de tais equipamentos um dos principais requisitos da garantia da
confiabilidade operacional do sistema de fornecimento de energia eltrica.
Tais ensaios so realizados em sua maioria de forma manual e sem
grandes preocupaes com aspectos metrolgicos. Um desses ensaios o de
saturao realizado em transformadores de corrente (TC) para medio e proteo.
O conhecimento da curva de saturao de um TC fundamental na
especificao para sua instalao em campo. Essa caracterstica fornecida pelo
fabricante de transformadores de corrente, a qual verificada em ensaios de rotina
por laboratrios que efetuam manuteno em equipamentos utilizados no sistema de
transmisso de energia eltrica [1] [2] [3].
Um transformador desse tipo tem uma relao aproximadamente linear
entre corrente no primrio e tenso no secundrio, desde que esteja operando fora
da regio de saturao. Quando saturado, tal relao deixa de ser vlida, podendo
implicar em erros de medio comprometedores para a confiabilidade do sistema
eltrico [2] [3]. Alm disso, retirar um transformador da condio de saturao exige
procedimentos especiais no usualmente aplicveis em campo.
O ensaio de saturao realizado com o objetivo de verificar o
comportamento da curva de magnetizao do ncleo do TC e sua conformidade com
a especificao do fabricante. O resultado do ensaio apresentado graficamente,
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onde se pode comparar o comportamento atual do transformador com ensaios
anteriores e sua especificao [1].
Dos resultados do ensaio de saturao em TC tambm so retirados dados
que permitem a verificao da exatido para os enrolamentos de proteo [4]. A
normalizao existente para ensaios em transformadores de corrente fornece
mtodos diferentes para verificar a exatido, porm pouco diz a respeito da
saturao em si.
Mesmo sendo um ensaio importante, quase nada encontrado na literatura
e na prtica do dia-a-dia dos laboratrios com relao avaliao das incertezas de
medio inerentes a tal ensaio.
Foram estabelecidos os objetivos deste trabalho a partir do estudo do
estado-da-arte em ensaios de transformadores de corrente, em especial do ensaio
de saturao, e do acompanhamento das atividades realizadas em um laboratrio.
Identificou-se um ambiente propcio aplicao da automao e da avaliao
metrolgica como forma de contribuio confiabilidade do processo de avaliao
da conformidade de equipamentos da transmisso.
1.2 Objetivos do trabalho
Como forma de contribuio garantia da confiabilidade metrolgica e
operacional dos ensaios de saturao em transformadores de corrente, foram
estabelecidos os seguintes objetivos para este trabalho:
levantamento de informaes sobre ensaios de transformadores de
corrente e anlise das correspondentes abordagens acerca de
aspectos metrolgicos;
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estabelecimento dos requisitos para automao de um ensaio de
saturao;
desenvolvimento e testes, em condies reais de utilizao, de um
sistema automatizado do ensaio de saturao em TC empregando o
softwareLabview;
avaliao metrolgica do ensaio automatizado e proposta de forma
de considerao das influncias das incertezas das medies na
avaliao da conformidade.
1.3 Estrutura de apresentao do trabalho
Os captulos deste documento esto divididos da seguinte forma:
O captulo 2 faz a abordagem inicial sobre transformadores de corrente e a
importncia da saturao.
O captulo 3 descreve os ensaios de saturao e faz consideraes acerca
dos aspectos metrolgicos inerentes.
O captulo 4 apresenta os requisitos para automao de um ensaio e
analisa as configuraes usuais em aquisio automatizada de ensaios.
O captulo 5 apresenta o desenvolvimento e implantao do sistema de
automao junto um laboratrio.
O captulo 6 mostra a avaliao das incertezas das medies e prope um
mtodo para considerar tais incertezas na anlise da conformidade de um
transformador de corrente.
O captulo 7 apresenta as concluses e sugestes de temas que possam
ser explorados em trabalhos futuros para contribuir com a disseminao da cultura
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metrolgica no setor de ensaios de equipamentos do sistema de fornecimento de
energia eltrica.
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2 TRANSFORMADORES DE CORRENTE
Os transformadores de corrente (TC) fazem parte de um grupo denominado
transformadores para instrumentos. Esses transformadores so mundialmente
utilizados nos sistemas de transmisso e distribuio de energia eltrica. Eles
proporcionam isolamento contra as altas tenso e corrente do circuito de potncia
suprindo instrumentos que integram os sistemas de medio, controle e proteo da
rede de transmisso e distribuio [1] [4] [5].
O transformador de corrente conectado linha de transmisso com o seu
circuito primrio ligado em srie com a linha de alta tenso. Seu enrolamento
primrio possui ento impedncia desprezvel se comparada ao circuito externo [6]
[1].
O circuito primrio do TC constitudo de poucas espiras (duas ou trs por
exemplo) feitas de condutor de cobre de grande seo. Em muitos casos o prprio
condutor do circuito de alta tenso serve como primrio. O circuito secundrio
fornece uma corrente proporcional passante na linha de transmisso, porm
suficientemente reduzida, de forma que os instrumentos conectados a ele possam
ser fabricados relativamente pequenos [1] [4] [5].
Esses instrumentos so instrumentos eltricos de baixa impedncia, e fazem
parte dos sistemas de proteo, medio e controle da rede. Tratam-se de
ampermetros, bobinas de corrente de wattmetros, rels de corrente, entre outros.
(figura 1) [1] [3] [4] [5] [7].
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Figura 1: TC na linha de transmisso e conexo com instrumentos de medio e proteo.
As caractersticas do TC so definidas segundo a tecnologia utilizada pelo
sistema e as funes previstas para a sua operao. Eles so especificados com
base nos parmetros de relao de transformao, potncia, classe de exatido,
faixa de operao nominal e carga, em funo da sua aplicao [2].
2.1 Especificaes
Transformadores de corrente possuem padronizao de suas caractersticas.
As especificaes para projeto, operao e realizao de ensaios seguem regras
determinadas em normas tcnicas.
No Brasil existem trs normas da ABNT:
NBR 6546/91: Transformadores para Instrumentos Terminologia[8];
NBR 6856/92: Transformadores de Corrente Especificao[9];
NBR 6821/92: Transformadores de Corrente Mtodo de Ensaio[10].
Em nvel mundial, dentre outras, tm-se as seguintes freqentemente
referenciadas na literatura:
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IEEE C57.13/1993 IEEE Standard Requirements for Instruments
Transformers. (reviso da antiga ANSI/IEEE C57.13/1978) [11].
IEC 60044-1 Instruments Transformers Part 1:Current Transformers (NF
C 42-502 na Frana) [12].
IEC - 60044-6 Instruments Transformers Part 6 Requirements for
protective current transformers for transient performance[13].
Existem diferenas em algumas especificaes entre as normas brasileiras e
internacionais, principalmente no que se refere a limites de tenso e corrente em
ensaios. Nesse trabalho sero seguidas as determinaes da ABNT e da IEEE.
Essas normas especificam uma srie de caractersticas que no so tratadas
nesse item. Somente o que for significativo para o ensaio de saturao, objeto de
estudo desse trabalho, apresentado.
2.1.1 Corrente e relao nominal
Os valores nominais de corrente primria e secundria para os
transformadores de corrente so apresentados na NBR 6856 [9]. Esses valores
normatizados valem para TC a servio de proteo e medio.
Para os TC fabricados no Brasil so estabelecidas correntes primrias
nominais (I1N) dentro de uma faixa que varia de 5 A a 8000 A. A corrente secundria
nominal (I2N) padronizada em 5 A, porm correntes de 1 A e 2 A podem tambm
ser utilizadas. Em casos especiais na proteo pode-se encontrar TC com corrente
secundria nominal de 2,5 A [5] [1].
A norma especifica as correntes primrias e as relaes nominais para TC em
quatro grupos. Esses grupos caracterizam respectivamente tipos de relaes
nominais simples, duplas, triplas e mltiplas.
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A tabela 1 apresenta as relaes nominais referentes ao grupo de relaes
simples. Desse grupo obtm-se outros conjuntos de relaes atravs da combinao
de derivaes no primrio ou no secundrio [9].
A relao entre I1Ne I2Ndefine a relao nominal (RN) do TC especificada pelo
fabricante. Tambm chamadas de relao de transformao, atingem valor mximo
de 1600:1 (tabela 1) (I1N de 8000 A e I2N= 5 A) [9] [5].
Tabela 1: Corrente e relaes nominais simples para TC segundo a ABNT [9]
IN1 (A) RN IN1 (A) RN IN1 (A) RN5 1:1 100 20:1 1000 200:1
10 2:1 150 30:1 1200 240:1
15 3:1 200 40:1 1500 300:1
20 4:1 250 50:1 2000 400:1
25 5:1 300 60:1 2500 500:1
30 6:1 400 80:1 3000 600:1
40 8:1 500 100:1 4000 800:1
50 10:1 600 120:1 5000 1000:1
60 12:1 800 160:1 6000 1200:1
75 15:1 8000 1600:1
2.1.2 Carga nominal
Segundo SOLON [5], a carga nominal de um TC a carga na qual se
baseiam os requisitos de exatido do equipamento. Ela deve ser especificada
levando em considerao o consumo dos aparelhos e da fiao [5].
As cargas nominais especificadas so designadas por um smbolo, formado
pela letra C seguida de um nmero (segundo a ABNT) . Esse nmero representa em
volt-ampres o quadrado da corrente secundria nominal multiplicada pela
impedncia da carga nominal (tabela 2).
Na designao da IEEE, a carga nominal representada pela letra B seguida
de um nmero que corresponde diretamente ao valor da impedncia da carga
nominal em ohms (tabela 2).
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Tabela 2: Cargas nominais para medio e proteo [11] [9].
Cargas nominais para medio -Fator de potncia 0,9
Designao
ABNT IEEE
Potncia
aparente(VA)
Resistncia
()
Reatncia
indutiva()
Impedncia - ZN()
Tenso secundria
nominal [FSxIN2xZN](V)
C 2,5 B-0,1 2,5 0,09 0,044 0,1 10
C 5 B-0,2 5,0 0,18 0,087 0,2 20
C 12,5 B-0,5 12,5 0,45 0,218 0,5 50
C 22,5 B-0,9 22,5 0,81 0,392 0,9 90
C 45 B-1,8 45,0 1,62 0,785 1,8 180
C 90 B-3,6 90,0 3,24 1,569 3,6 360
Cargas nominais para proteo Fator de potncia 0,5
Designao
ABNT IEEE
Potncia
aparente(VA)
Resistncia
Reatncia
indutiva
Impedncia - ZN
Tenso secundria
nominal [FSxIN2xZN](V)
C 25 B-1 25 0,05 0,866 1,0 100
C 50 B-2 50 1,00 1,732 2,0 200
C 100 B-4 100 2,00 3,464 4,0 400
C 200 B-8 200 4,00 6,928 8,0 800
2.1.3 Fator trmico
Os TC so projetados e construdos para suportarem em regime permanente
uma corrente maior do que a corrente nominal sem que qualquer dano lhes seja
causado [5] [1].
Essa caracterstica definida pelo fator trmico. Ele fixado pelo fabricante
segundo os limites de elevao de temperatura. Sua determinao leva em
considerao os diferentes tipos de materiais isolantes que podem ser utilizados na
fabricao.
O fator trmico definido como o nmero que deve ser multiplicado pela
corrente primria nominal para obter a corrente mxima que o TC pode suportar em
regime permanente. Adicionalmente considerado o TC operando com carga e
freqncias nominais, sem exceder os limites de elevao de temperatura
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correspondentes a sua classe de isolamento, e sem sair de sua classe de exatido.
(tabela 3) [9] [11] [5].
Tabela 3: Fator trmico normatizado para transformadores de corrente
Norma tcnica Fator trmicoABNT [9] 1,0 1,2 1,3 1,5 2,0 -IEEE [11] 1,0 1,33 1,5 2,0 3,0 4,0
2.1.4 Classes de exatido
A NBR 6856 classifica os transformadores de corrente em dois tipos quanto
ao servio a que se destinam: TC para servio de medio e TC para servio de
proteo [9].
Os transformadores de corrente destinados ao servio de medio devem ter
uma boa exatido no domnio da corrente nominal at sua corrente mxima
determinada pelo fator trmico [2].
Eles so enquadrados, segundo a ABNT [9], nas classes de exatido: 0,3%,
0,6% e 1,2%. Para classificar essa exatido so considerados erros de relao e
fase levantados em ensaios [2] [9].
Os transformadores de corrente destinados ao servio de proteo, segundo
a ABNT [9], se enquadram nas classes 5 ou 10, e classe 10 pela norma IEEE [11].
Para classific-los levado em considerao apenas o erro de relao [9] [11].Na proteo o que interessa o efeito produzido nos rles pelo mdulo da
corrente secundria em funo do mdulo da corrente primria. E, nesse caso, o
erro de fase no oferece qualquer influncia [1].
A classe de exatido na proteo deve ser mantida dentro de limites de
sobrecorrente. Essa caracterstica define o fator de sobrecorrente (FS). Ele
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estabelece a corrente mxima que o TC deve suportar sem sair de sua classe de
exatido, ou seja, sem que o erro de relao exceda o valor especificado [9] [11] [5].
Em [1] diz-se ainda que a classe de exatido define o quanto de tenso no
circuito secundrio o TC pode suportar sem que o ncleo do TC entre em saturao.
Essa definio pode ser melhor compreendida com as explicaes dos itens 2.1.6 e
2.3.
2.1.5 Tenso secundria nominal
A tenso secundria nominal definida segundo a ABNT [9], como a tenso
que aparece nos terminais de uma carga nominal imposta ao TC a 20 vezes a
corrente secundria nominal, sem que o erro de relao exceda o valor especificado
(tabela 2) [9]. Isso quer dizer que o TC deve suportar uma corrente mxima no seu
circuito secundrio proporcional a 20 vezes a sua corrente nominal sem transmitir
erros superiores ao especificado por sua classe de exatido.A tenso secundria nominal representa a tenso mxima que o TC deve
suportar em condies de sobrecorrente. O valor 20 fixado pela ABNT como o
valor padronizado para o fator de sobrecorrente [9].
Somente os TC para servio de proteo atingem a tenso secundria
nominal. Nos TC de medio, o ncleo satura muito antes da corrente secundria
atingir esse valor (item 2.3) [14] [5].
2.1.6 Impedncia secundria na proteo
O erro de relao depende da impedncia conectada ao circuito secundrio.
O clculo da impedncia total do circuito para efeitos prticos de especificao do
TC utiliza como referncia as cargas nominais padronizadas (item 2.1.2) [1].
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Porm, os TC para servio de proteo possuem ainda uma considerao no
clculo da impedncia do circuito secundrio. A ABNT subdivide esses TC em duas
classes quanto a sua impedncia [9] [5].
Os TC enquadrados na CLASSE A (CLASSE T segundo a IEEE) possuem
alta impedncia interna. Isso est relacionado impedncia total do circuito
secundrio quando esse alimenta sua carga nominal. Nesse caso a reatncia de
disperso do enrolamento secundrio possui valor significativo e considerada nos
clculos [9] [5] [11].
Ao contrrio, os TC de CLASSE B possuem baixa impedncia interna. A
reatncia de disperso do enrolamento secundrio possui valor desprezvel e no
considerada no clculo da impedncia total do circuito. (segundo a IEEE, equivale
CLASSE C) [9] [5] [11].
O clculo da impedncia total do circuito secundrio tambm utilizado para
definir a tenso de operao [1]. tambm aplicada no clculo da tenso utilizada
para o ensaio de exatido pelo mtodo indireto conforme est descrito no item 3.2.1
[9].
2.1.7 Servios de proteo e medio
Caractersticas marcantes so impostas no projeto de construo do TC no
que se refere ao tipo de ncleo e tipo de enrolamento primrio e secundrio. So
essas caractersticas que dividem o TC quanto a sua adequada utilizao para
medio e proteo [5] [2] [15].
Transformadores de corrente para servio de medio no podem ser
utilizados para proteo e vice-versa. Principalmente se for o caso de medio para
fins de faturamento ao consumidor [5] [2] [15].
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As caractersticas que impem as diferenas e a necessidade de precauo
so a classe de exatido e o circuito magntico. Em termos de especificao, por
exemplo, um erro de definio da classe de exatido de um enrolamento de medio
levar a um faturamento de energia errado e conseqentemente a perdas para o
distribuidor ou para o cliente [2] [15].
Do mesmo modo um erro de especificao na proteo pode levar ao
acionamento indevido de um rel de proteo, ou at mesmo, ao no acionamento
do mesmo em caso de distrbios na linha de transmisso [2].
2.2 Modelagem de TC
O transformador de corrente ideal pode ser definido como um transformador,
no qual qualquer condio no primrio reproduzida no circuito secundrio com
exata proporo e relao de fase [6].
Uma definio alternativa, e possivelmente melhor, que o transformador de
corrente ideal possui a relao ampres-espiras (excitao) do primrio exatamente
igual magnitude da relao ampres-espiras do secundrio. Alm disso, essas
relaes esto em fases opostas [16] [6].
Sendo as excitaes dos dois enrolamentos iguais, tem-se que:
2211 ININ = (1)
Conseqentemente, pode-se definir a relao de transformao nominal do
TC como:
N
n
n KN
N
I
I==
1
2
2
1 (2)
onde1
2
NNKN= a relao de transformao nominal do TC.
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Em caso real:
rKI
I=
2
1 (3)
onde Kr a relao de transformao real, onde, Kc diferente de Kr[16] [5].
O teorema de Ampre diz que a soma das correntes de uma bobina igual
circulao de um vetor no campo magntico [3].
dlnHininNcleo
=+
2211 (4)
onde H representa o campo magntico e n o vetor unitrio tangente. Logo, um
transformador real dito perfeito, ou ideal, quando:
0=
dlnHNcleo
(5)
No transformador real esse termo expressa o erro introduzido pelo circuito
magntico. Esse erro define a intensidade de excitaoIe gerada no secundrio por:
eininin =+ 22211 (6)
Essa relao pode ser escrita como:
eiin
i =+ 21 (7)
O transformador pode ento ser representado como no modelo da figura 2.
Um transformador perfeito de relao nque induz ao secundrio uma corrente I1/n1
em paralelo com uma impedncia que consome uma corrente Ie.
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Figura 2: Modelo do transformador de corrente
Na realidade, impossvel manter a relao ideal, pois se as duas excitaes
fossem iguais e opostas, no existiria fluxo no ncleo. A corrente I1/n refletida no
circuito secundrio dividida em duas correntes. Uma a corrente secundria real I2
que passa pela impedncia da carga Z. A outra a corrente de excitao Ie que
passa atravs do ramo magnetizante para manter o fluxo no ncleo [16] [3] [6].
O ramo magnetizante funciona como se fosse um shunt. Ele introduz um erro
de relao na transformao do TC. Os enrolamentos primrio e secundrio
provocam uma queda de tenso interna devido resistncia da bobina dos
enrolamentos R1e R2e das reatncias de disperso L1e L2. A corrente secundria
provoca ainda uma queda de tenso externa pela carga Z [16] [3] [6].
Para equilibrar essas quedas de tenses precisa-se de uma fora eletromotriz
(fem). Mas em compensao necessita de um fluxo no ncleo, que gerado pela
diferena das duas excitaes, que responsvel pelos erros do TC [3].
Se o fluxo comum as duas bobinas pode-se escrever entre as fem e1, e2
e as diferenas de potencial (ddp) v1, v2as seguintes relaes:
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dt
diiReV 111111 ++= (8)
dt
di
iRve2
22222 ++= (9)
dt
dne
= 11 (10)
dt
dne
= 22 (11)
Se todas a funes descritas so senoidais de freqncia pode-se escrev-
las de forma vetorial:
( ) 11111
++= ljREV (12)
2222
+= lRVE (13)
= 11 jnE (14)
= 22 jnE (15)
elln
l =+ 21 (16)
O esquema eltrico da figura 3 e as equaes 12, 13, 14, 15 e 16 conduzem
representao fasorial apresentada na figura 3. A intensidade de excitao ,
eI
decomposta sobre os eixos ,
,
E em:
mae lll
+= (17)
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Figura 3: Representao fasorial do funcionamento do TC (as grandezas no estorepresentadas em proporo real) [3].
A representao fasorial de um TC tem o mesmo desenvolvimento que a de
qualquer outro transformador. A transferncia se d entre as potncias de um
enrolamento a outro por criao da fem que induz o fluxo [3] [14].
Para manter o fluxo magntico no ncleo, precisa-se de uma corrente Ia,
que ir provocar perdas no ncleo. Ia representa as correntes de perda no circuito
magntico (perdas no ferro provenientes da histerese e das correntes de Foucault).
Ela faz aparecer uma corrente Im(em quadratura com o fluxo). Im a corrente
de magnetizao que assegura o processo de transferncia. Essas duas correntes,
formam o tringulo de correntes, caracterizando a corrente de excitao Ie [3] [14]
[6].
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Sendo assim, a presena de Ievai resultar numa diferena entre I1/ne I2, tanto
na amplitude (I), como no defasamento (). O valor da diferena das correntes I
relacionado ao valor da corrente primria, chama-se erro de relao (), enquanto o
defasamento ()chama-se erro de fase de um TC [3] [16].
Os erros de fase no so tratados nesse trabalho por no serem significativos
no ensaio de saturao. O erro de relao para TC definido pela equao 18 [9]
[16].
( )( ) 1
12
21
21
][
][
I
IIK
II
IIK NNR
== (18)
2.3 A saturao em transformadores de corrente
Os transformadores de corrente para servio de medio possuem ncleo
feito de material de elevada permeabilidade magntica. Isso quer dizer que possuem
pequena corrente de excitao, pequenas perdas e baixa relutncia. Trabalham sob
condies de baixa induo magntica (cerca de 0,1 tesla) [14] [2] [5].
Eles entram em saturao logo que a induo magntica cresce para (0,4 a
0,5) tesla. O que corresponde a um crescimento da corrente primria de cerca de
quatro vezes o seu valor nominal (figura 4).
Essa a corrente mxima que ser refletida no secundrio (4 x I2N) em caso
de saturao, mesmo que a corrente primria ultrapasse essa ordem de grandeza e
atinja valores excessivos [14] [2] [5].
Nesse caso no necessrio que os aparelhos de medio ligados ao circuito
secundrio suportem grandes intensidades de corrente, como os instrumentosligados ao circuito de proteo [15] [2].
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Essa caracterstica tambm impede que a corrente secundria distorcida pela
saturao do ncleo (figura 7) chegue aos instrumentos, o que poderia provocar
erros na medio para fins de faturamento [3].
Figura 4: Grfico I2= f(I1) Corrente limite a partir da qual o TC entra em saturao. Namedio curva (1) e na proteo curva (2).
O ncleo dos TC para proteo feito de material magntico que no tem a
mesma permeabilidade magntica que o TC para medio. Seu ncleo entra em
saturao pra valores muito elevados do fluxo (induo magntica elevada).
Isso corresponde em termos prticos a uma corrente primria de cerca de 20
vezes o seu valor nominal (figura 4). Nos instrumentos de medio essa corrente
poderia danific-los. Porm os rels podem perfeitamente suport-la desde que
sejam especificados para essa condio [14] [2] [5].
Um TC para proteo deve saturar em altos nveis de corrente para permitir a
medio de correntes de falta. Para isso tem seu limite de funcionamento muito
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elevado, como tambm, devem ser os rels, disjuntores e contatores ligados ao
circuito, capazes de suportar altas correntes [2].
Deve-se conhecer a resposta do TC em regime de saturao para assegurar
o bom funcionamento da proteo, necessria para quando a corrente primria
ultrapassa a intensidade nominal. Serve em particular para situaes de curto-
circuito quando surgem valores de corrente muito elevados [3].
O TC para proteo deve retratar com fidelidade as correntes de falta sem
sofrer os efeitos da saturao. Na sua especificao deve-se considerar a tenso
secundria mxima a partir da qual o TC passa a sofrer os efeitos da saturao.
Nesse momento ele comea a no atender mais os requisitos de sua classe de
exatido [2] [3].
A suscetibilidade dos transformadores de corrente entrarem em saturao
mediante correntes de curto-circuito tem implicao direta no desempenho dos
sistemas de proteo dos equipamentos e linhas de transmisso [17].
O transformador de ncleo toroidal amplamente usado em toda indstria de
energia de potncia. Suas vantagens incluem: baixo custo, isolao galvnica,
confiabilidade e fcil aplicao. Porm suas desvantagens so a facilidade de
saturao e o fluxo remanescente [15].
Um mtodo de evitar a saturao em TC aumentar o tamanho do ncleo.Outro mtodo utilizar um material no ncleo que suporte grandes densidades de
fluxo. Ambas as opes podem afetar no custo e na facilidade de aplicao do
transformador [15].
2.3.1 Curva de magnetizao do TC
As propriedades dos materiais ferromagnticos so representadas
principalmente pela curva de magnetizao. A qualidade de um circuito magntico
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traduzida pela relao que ele impe entre o valor de induo B e o vetor campo
magntico H (figura 3) [2].
Em um dado instante esses dois vetores so ligados pela permeabilidade
magntica relativa do material magntico r, tal que:
= HB ro (19)
O circuito magntico ento caracterizado pela curva b=f(h) chamada de
curva de magnetizao. Em regime senoidal b representa a tenso, pois:
= nS
B (20)
= jnE 22 (21)
= 2EV (22)
E h representa a intensidade da corrente de excitao dado que:
= dlnHlnNcleo
e2 (23)
supondo que:
teconsHnH tan==
(24)
tem-se,
HLln e =2 (25)
Em um transformador perfeito a permeabilidade magntica supostamente
infinita:
0=
H onde, 0=
el en
ll
= 12 (26)
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Essa hiptese est prxima da realidade quando o TC opera muito abaixo da
saturao. I2nesse caso uma imagem fiel de I1(figura 5 transformador perfeito).
As quatro situaes apresentadas na figura 5 representam as possibilidades de
operao do TC.
Figura 5: Comportamento da curva de magnetizao b=f(h) e a resposta correspondente dacorrente de excitao para 4 situaes de operao [3].
Transformador linear: a permeabilidade do ncleo constante, onde Iee I2
so funes senoidais.
Transformador saturado sem histerese: a saturao representa uma
variao brutal de r. Essa variao ocorre dentro de uma faixa que cresce
rapidamente at um ponto de estabilidade chamado de joelho da curva
de saturao. A induo B a partir desse ponto cresce muito lentamente e
Iese deforma passando a representar um ponto.
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Transformador saturado com histerese: a curva de magnetizao
duplicada traduzindo a resistncia do material do circuito magntico s
variaes de induo. A curva Iepresente tem uma forma caracterstica.
A curva ento estabelece a relao entre o valor da induo magntica do
material B e o valor da intensidade do campo magntico H que a cria. Porm,
segundo as equaes (22) e (26) pode ser representada pela tenso de excitao
no secundrio (Ve) em funo da corrente de excitao Ie[3].
Na prtica ela assim determinada; e tambm chamada de curva de
saturao do TC. Seu resultado consiste, a grosso modo, no grfico apresentado na
figura 6. Sua trajetria pode ser dividida em trs regies [2] .
Legenda:1- Regio no-saturada linear.2- Regio intermediria joelho da curva.3- Regio saturada no linear.
Figura 6: Regies da curva de saturao de TC VS=f(Im) (VS=Vee Im=Ie) [2].
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2.3.2 Efeitos da saturao de TC em campo
Os rels diferenciais detectam bem as falhas enquanto o TC estiver
reproduzindo bem a corrente do primrio [18]. O TC produz geralmente uma forma
de onda que representa fielmente a corrente primria at que o ncleo sature [19]
[7].
Evidncias experimentais mostram que correntes de alta intensidade no
primrio provocam efeitos da saturao e histerese no material magntico o que
resulta numa no linearidade na transformao, a qual no pode ser desconsiderada
[7].
A saturao distorce a forma de onda da corrente secundria. A extenso da
distoro depende do valor do fluxo remanescente no ncleo do TC e da presena
de um offsetDC na corrente primria [20] [18].
comum, em linhas de transmisso, ocorrer situaes que gerem
sobrecorrentes no circuito. Essas situaes levam geralmente perda de alguma
fase ou a um curto-circuito. E, de uma forma geral so denominadas correntes de
falta [22].
A figura 7 mostra que o TC no entra em saturao imediatamente aps a
ocorrncia de uma corrente de falta. A saturao provoca um corte na forma de
onda secundria que aumenta com a saturao no ncleo [21] [19].
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Figura 7: Corrente secundria na sada de um TC Saturado (preto) No saturado (azul) [19].
O efeito da histerese faz com que o TC venha a saturar por um acmulo de
pequenas correntes de falta, isso se d quando essas ocorrem em pontos no nulos
da forma de onda e so bruscamente interrompidas, no havendo tempo de ocorrer
desmagnetizao do ncleo [20] [1] [14] [19].
Nessa situao, o ncleo permanece magnetizado e com uma alta densidade
de fluxo. Isso faz com que uma nova pequena corrente de falta sobreponha os
valores nominais de operao do TC, levando-o saturao [20] [1] [14] [19].
comum de acontecer em certas faltas externas, quando as correntes de
falta so muito elevadas, o aparecimento de componentes significantes de tenso
contnua (DC offset) que se sobrepem s correntes de falta simtricas [19].
Chamadas de corrente de falta assimtrica podem levar um TC saturao muito
mais rapidamente do que vrias pequenas correntes de falta simtricas sem
componente contnua [15] [18].
A corrente contnua transiente flui pelo enrolamento primrio do TC, enquanto
o crescimento do fluxo do ncleo o leva saturao. A corrente distorcida no ser a
representao fiel da corrente primria, o que pode levar o TC a uma saturao
indevida [14] [15].
Essa saturao indevida em sistemas de proteo pode provocar o
surgimento de altas correntes diferenciais. Isso pode causar um atraso no tempo de
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operao de alguns rels convencionais e, conseqentemente, a atuao indevida
do circuito de proteo [22].
2.4 Consideraes
O comportamento do TC e suas especificaes para operao e ensaio so
cobertos pelas normas citadas neste documento. Contudo, elas tm o propsito de
especificar o comportamento do TC em regime permanente e em condies de falta
simtrica [15].
O comportamento do TC sob condies de faltas assimtricas apresentado
em vrios estudos. Sendo grande motivo de preocupao, elas so fruto de uma m
qualidade da energia eltrica transmitida.
Adaptaes freqentes na linha, incluso de novas subestaes
sobrecarregam a linha de transmisso. Geram harmnicos e componentes contnuas
na linha que fazem o TC operar em regime no linear (transitrio).
As distores harmnicas, por exemplo, ocorrem devido operao de
cargas no-lineares no sistema eltrico. So exemplos: fornos a arco, fornos de
induo, mquinas de solda, conversores estticos, compensadores estticos, etc.
Elas tm aumentado nos sistemas eltricos devido aplicao crescente da
eletrnica de potncia [22].
Contudo, representar essas situaes em laboratrio para uma realizao
prtica de ensaio ainda no se mostrou vivel. Atualmente utilizam-se softwares que
simulam as respostas transitrias a partir de especificaes pr-definidas [22] [23].
Vrios autores apresentam tcnicas utilizadas em sistemas de proteo para
deteco da saturao, ou algoritmos de compensao da mesma associada ao rel
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de proteo para o caso de faltas assimtricas [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29]
[30].
Todos tratam da saturao em transformadores de corrente em um regime
que se encontra fora do escopo desse trabalho. Porm, seria omisso falar sobre
saturao em transformadores de corrente sem citar essa realidade que tange o
tema.
Para delimitar claramente a abrangncia deste trabalho acompanhou-se a
execuo de diversos ensaios e analisou-se procedimentos e relatrios.
Em comum acordo com o corpo tcnico do laboratrio em que esta
dissertao foi realizada, optou-se pelo desenvolvimento do sistema de automao
do ensaio de saturao e pela anlise da sua confiabilidade.
As razes para tal esto expostas no captulo 3.
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3 ENSAIO DE SATURAO EM TC
A saturao em transformadores de corrente um fato caracterstico das
propriedades de um equipamento que opera com induo ferro-magntica. Sua
ocorrncia inevitvel caso o TC opere em condies superiores as suas condies
nominais [1].
Cabe ento aos projetistas conhecer a curva de saturao do equipamento
para bem especificar o TC para sua operao em campo [1]. A NBR 6856 [9]
prescreve que o fabricante deve fornecer a Curva tpica de excitao para TC a
servio de proteo [9].
A curva de saturao do TC define uma regio satisfatria para operao
dentro das suas caractersticas nominais e de acordo com as especificaes do
circuito onde operar. um dos elementos utilizados na especificao do TC para
sua operao em campo [1].
O TC designado para operar em uma estreita faixa, na regio inicial da
curva de saturao. Um TC bem projetado sobre a corrente nominal, o ponto de
trabalho fica na faixa linear da curva de saturao, com a corrente de excitao
variando quase que proporcionalmente tenso desenvolvida no secundrio. Desse
modo o mximo erro de relao do TC estar dentro da classe de exatido
especificada [1] [6].
Aos laboratrios que realizam manuteno em transformadores de corrente
cabe verificar as condies de operao do equipamento segundo os dados
fornecidos pelo fabricante [4] [5] [37] [36].
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O ensaio de saturao faz parte ento da rotina de ensaios realizados em TC.
Seu procedimento de realizao, porm, no est prescrito em norma como esto os
ensaios de tipo e rotina estabelecidos para esse equipamento.
Visto que a corrente de excitao reflete o erro de relao do TC limitado por
sua classe de exatido, pode-se verificar a exatido do TC para servio de proteo
atravs da curva de saturao. Esse mtodo descrito pela ABNT [9] como ensaio
de exatido para proteo pelo mtodo indireto [9] [1].
No meio operacional comum se referenciar a esse ensaio como ensaio de
saturao.No uma expresso literalmente correta pois os limites de ensaio no
chegam a representar a curva de saturao como um todo.
3.1 Mtodo de ensaio
O mtodo de realizao do ensaio de saturao consiste em levantar a curva
de magnetizao do ncleo do TC. O ensaio executado a partir da aplicao de
uma tenso de excitao (Ve) freqncia industrial, no secundrio do TC com o
enrolamento primrio aberto [4] [5] [9].
A tenso Ve aplicada gera no circuito de ensaio uma corrente de excitao
(Ie). Essa corrente absorvida pelo ncleo representa a intensidade de excitao
proporcional ao circuito magntico H [3].
A integrao da tenso Ve representa o fluxo que proporcional ao vetor
campo magntico B (equaes 20 26). Assim obtm-se na prtica a curva de
magnetizao do TC [3].
Na realidade, o que ocorre uma simulao da tenso secundria que seria
gerada sobre uma carga nominal conectada ao TC em operao. As condies de
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operao a serem analisadas e as condies do laboratrio determinam os limites
de tenso e corrente durante o ensaio.
3.1.1 Tolerncias especificadas
A ABNT [9] estabelece que o fabricante do TC deve fornecer a curva tpica de
excitao. Ela deve ser traada para uma corrente de excitao de (1 a 500) % da
corrente secundria nominal a uma tenso de excitao que no exceda a 1600 V
[9].
Junto com a curva de excitao, deve ser fornecida a resistncia a 75 C do
enrolamento secundrio e dos condutores de ligao aos terminais. Para os TC da
classe A deve ser ainda fornecido o valor da reatncia de disperso do enrolamento
secundrio indicando-se o mtodo usado na sua obteno [9].
A NBR 6856 foi a nica referncia direta ao ensaio de saturao especificado
em norma encontrada em pesquisa bibliogrfica efetuada. Existe, porm o ensaiodieltrico de tenso induzida, normatizado, que utiliza circuito e procedimento de
ensaio semelhante ao ensaio de saturao. Parte desse ensaio consiste na
aplicao de tenso freqncia industrial no enrolamento secundrio do TC com
os demais abertos. Tem o objetivo de fazer produzir a corrente de excitao [9] [11].
O ensaio limitado pelo valor da corrente secundria nominal do enrolamento
multiplicado pelo fator trmico. A tenso limitada em 3500 V de pico para TC novos
e 75 % dessa tenso para TC usados ou com enrolamento recuperado [9] [11].
Essa especificao direcionada aos enrolamentos de proteo. Aos
enrolamentos destinados medio a corrente tambm limitada pelo fator trmico
e a tenso especificada em 282 V de pico ou 200 V em valor eficaz (RMS) [9] [11].
No mbito dos profissionais que realizam esses tipos de ensaio em TC, bem
como fabricantes do equipamento, os limites estabelecidos para o ensaio de tenso
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induzida so compreendidos como aceitveis para a realizao do ensaio de
saturao [4].
Na verificao da classe de exatido para proteo pelo mtodo indireto o
limite de tenso especificado em norma. Uma equao determina a tenso
secundria mxima para a operao do TC dentro da sua classe de exatido [4] [5]
[9] [10].
A IEEE [11] estabelece que a curva tpica de excitao deve ser traada em
grfico logaritmo para todas as relaes do TC. Desde 1% da tenso nominal at a
tenso que causar uma corrente de excitao igual a 5 vezes a corrente secundria
nominal [11].
No grfico dever estar sinalizado o ponto que determinada o joelho da
curva. Tambm dever estar especificada a tolerncia mxima dos valores de
excitao acima e abaixo do joelho da curva [11].
Apesar dessa determinao da IEEE [11] esses dados no foram encontrados
em nenhuma curva de saturao da documentao do laboratrio onde foi
desenvolvida a dissertao. Dos grficos analisados destacam-se os fabricantes de
TC: ALSTON, ABB e TOSHIBA.
Diante dessas especificaes diversas, retiram-se os limites especificados
para realizao do ensaio de saturao. Para TC novos o fabricante deve fornecer acurva de saturao para uma corrente de excitao de at 25 A [9] [11].
Na prtica assim que as especificaes so de fato apresentadas. O limite
de tenso varia para os fabricantes entre os 3500 V de pico determinados para o
ensaio de tenso induzida [9] [11] e os 1600 V de valor eficaz especificado pela
ABNT [9].
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A realizao do ensaio de saturao, por laboratrios de manuteno, ocorre
normalmente em TC usados ou recuperados. A corrente de excitao ento
limitada pelo fator trmico. A tenso eficaz limitada em aproximadamente 1860 V
rms (75 % de 3500 V de pico) na proteo e 200 V na medio [9].
3.1.2 Anlise da curva de saturao
A figura 8 apresenta uma curva tpica de saturao em grfico logaritmo. Essa
figura ilustra regies e pontos considerados na anlise dos resultados do ensaio.
Sabe-se que o fluxo aumenta proporcionalmente com a corrente primria at o ponto
de inicio da saturao.
Esse ponto chamado de ponto de permeabilidade mxima ou joelho da
curva de saturao. Observa-se que na regio no saturada (anterior ao joelho da
curva) a relao entre a tenso e a corrente constante [2] [11] [40].
Figura 8: Curva de saturao tpica do TC Ilustrao de pontos crticos [40].
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Na regio de saturao (a partir do joelho da curva) essa relao comea a
diminuir. A tenso de saturao (VS) e o ponto de permeabilidade mxima (PM), so
determinados graficamente em funo da curva de saturao do TC [40].
A tenso de saturao definida pela interseo das projees das partes
retas da curva de saturao. O ponto de permeabilidade mxima (PM) o ponto em
que a reta tangente, que parte do ponto de inflexo da curva (Pi) (inicio da curva), se
desloca da mesma definindo o joelho da curva de saturao [40].
Para TC com ncleo fechado (nongapped) essa tangente possui coeficiente
angular =45 com a abscissa. Para TC com ncleo aberto (gapped) essa tangente
possui coeficiente angular =30 com a abscissa [11] [40].
O joelho da curva tambm definido como um ponto na curva de saturao a
partir do qual um aumento de 10% na tenso induzida, provoca um aumento de 50%
na corrente de excitao [2] [11].
A norma IEEE [11] especifica que a curva de saturao deve ser levantada na
rotina de ensaios para enrolamentos de proteo. Especifica tambm que o ponto de
permeabilidade mxima deve ser determinado de acordo com o trao das tangentes.
Adicionalmente estabelece que, na anlise dos resultados, a corrente de excitao
no dever exceder a 125% do valor tpico da curva fornecida pelo fabricante [11].
3.2 Realizao de ensaio
3.2.1 Ensaio de saturao
O ensaio de saturao realizado basicamente com o circuito de ensaio
apresentado na figura 9 [5]. Uma fonte de tenso CA varivel conectada ao circuito
secundrio do TC com o primrio aberto [4] [5] [38] [39].
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Figura 9: Circuito eltrico do ensaio de saturao em TC
Instrumentos de medio (ampermetro (A) e voltmetro (V)) so conectados
no circuito de ensaio como mostra a figura. Antes e depois do ensaio deve ser feita a
desmagnetizao do ncleo [38] [39].
O processo de desmagnetizao realizado com o mesmo circuito de ensaio.
Eleva-se a tenso no secundrio at 1,2 vezes a tenso nominal. Atingida a tenso
determinada, imediatamente ela reduzida at zero. Esse procedimento realizado
3 vezes [38] [39].
Aps a desmagnetizao do ncleo o ensaio iniciado. A tenso de excitao
ento aplicada desde 0 V at o limite especificado pelo laboratrio. O limite
determinado pelos equipamentos disponveis do laboratrio, norma de referncia
utilizada, tipo e condies do enrolamento sob ensaio conforme apresentado no item
3.1.1.
A tenso aplicada em degraus pr-definidos. A cada degrau de tenso, a
elevao da tenso interrompida para a medio da tenso e corrente de
excitao. Os dados so registrados manualmente em folha de ensaio [38] [39].
Alguns laboratrios utilizam a corrente como referncia. Determinam
previamente degraus de corrente. Elevam a tenso observando o ampermetro at
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atingir o limite de corrente definido. Nesse momento interrompe-se a elevao da
tenso para registro dos valores [38] [39].
Em ambos os casos a corrente monitorada com ateno. Caso ocorra uma
elevao brusca da corrente durante a aplicao da tenso, constatada a
saturao do ncleo. O ensaio interrompido e o TC identificado como saturado.
Os dados de ensaio so passados manualmente para uma planilha EXCELL
onde gerado o grfico da curva de saturao. A partir da os resultados podem ser
graficamente analisados.
3.2.2 Ensaio de exatido para proteo Mtodo indireto
O critrio usado para a classificao da exatido dos TC para proteo tem
como base a maior tenso que pode ser induzida no secundrio, sem saturao e,
conseqentemente, sem exceder o erro de relao especificado [4].
Nesse ensaio verifica-se o erro de relao percentual (%) do TC para
proteo e conseqentemente a sua classe de exatido. A classe de exatido
corresponde a uma determinada carga padronizada (tabela 2) no secundrio, no
qual circulam correntes que variam desde a nominal at 20 vezes a nominal [2] [5]
[10].
O erro percentual dado por:
100%1
12
=I
IIkN (27)
A tenso induzida no enrolamento secundrio pode ser expressa pela
equao 28, onde r2e x2representam respectivamente a resistncia e reatncia do
enrolamento secundrio.
222222
++= IjxIrVE (28)
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A carga nominal padronizada representada pela equao 29.
222 += IjXIRV (29)
Assim tem-se a equao da tenso induzida no ncleo (30) que em mdulo
tem a forma da equao 31.
22222 )()(
+++= IxXjIrRE (30)
2
2
2
222 )()( xXrRIE +++= (31)
A equao 31 especificada pela ABNT como a tenso que deve ser
induzida no circuito secundrio para verificao da classe de exatido. Os valores da
resistncia (R) e reatncia (X) da carga nominal so fornecidos pela tabela 2 [5] [9].
A reatncia (x2) e resistncia (r2) do enrolamento secundrio so fornecidas
pelo fabricante. A corrente I2para a qual a exatido verificada determinada em
situaes de sobrecorrente. O fator de sobrecorrente (FS) igual a 20 ento
multiplicado pela corrente nominal I2Npadronizada em 5 A [5] [9] [10].
Considerando que a corrente secundria I2= FSI2Nutilizada no clculo de E2
possui um valor equivalente no primrio: I1=kNFSI2N, assim sendo a expresso do
erro percentual descrita como:
100%2
=NSIF
Ie (32)
Aps a realizao do ensaio o valor equivalente da corrente de excitao
medida tenso de excitao especificada pela equao 31 aplicado equao
32 e o erro de relao do TC calculado [5] [9] [10].
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Considera-se que um TC para servio de proteo encontra-se dentro da sua
classe de exatido, quando o erro percentual calculado com a equao 32 no for
superior ao especificado para a sua classe [5] [9] [10].
3.3 Confiabilidade metrolgica
Genericamente, confiabilidade refere-se capacidade de um item (produto,
processo ou sistema) desempenhar uma funo requerida sob condies
preestabelecidas em um perodo de tempo definido [41].
Em um sistema de medio, a confiabilidade metrolgica refere-se
capacidade de fornecer resultados de medies confiveis conforme condies de
utilizao definidas [5].
Em ambiente industrial, diversos procedimentos deveriam ser aplicados para
garantir o correto funcionamento do sistema de medio, em especial nas medies
das grandezas que mais influenciam na qualidade do produto.
Segundo [42] a comprovao metrolgica integra um conjunto de operaes
necessrias para assegurar-se de que um dado equipamento de medio est em
condies de conformidade com os requisitos para o uso pretendido.
Um dos itens desse conjunto o relato da incerteza da medio, que deve
levar em conta todas as incertezas significativas identificadas no processo de
medio [41] [42] [43].
A declarao do resultado de uma medio somente completa se ela
contiver tanto o valor atribudo ao mensurando quanto a incerteza de medio
associada a este valor [43] [41] [44].
De uma forma geral a aplicao do conceito de incerteza de medio em
ensaios est ocorrendo relativamente h muito pouco tempo. [44]
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Em [45] apresentado um trabalho sobre confiabilidade de equipamentos
utilizados na transmisso de energia eltrica. Trata-se de um acompanhamento
estatstico sobre anlise de falhas em uma viso geral dos ensaios de recepo e
rotina [45].
Em [46] enfatiza-se que a garantia da continuidade do fornecimento de
energia eltrica passa pela necessidade de equipamentos e instalaes do sistema
eltrico apresentarem alta disponibilidade e confiabilidade operativa [46].
Nesse contexto a funo manuteno assume um papel estratgico. A
necessria disponibilidade e confiabilidade exigem que esses equipamentos passem
por adequada manuteno de natureza preditiva. Nesse caso os resultados obtidos
em ensaios entram como o meio de garantia dessa confiabilidade [46].
Contudo, nenhuma referncia apresentada sobre a anlise das incertezas
de medio e sua influncia nos resultados dos ensaios realizados.
O que se observa com relao confiabilidade metrolgica nos ensaios de
saturao semelhante ao que ocorre com os demais ensaios de equipamentos da
transmisso:
existe uma preocupao quanto calibrao dos instrumentos de medio,
mas os certificados nem sempre so utilizados corretamente, no que refere a
aplicao de correes e emprego da incerteza da medio;
nas referncias obtidas de laboratrios que efetuam esse tipo de servio,
constatou-se que os executantes consideram, que, se um instrumento est
calibrado, ele est automaticamente apto para realizar a medio, sem
necessidade de se questionar quanto incerteza do mesmo;
no caso de medies de grandezas eltricas, normalmente se admite uma
incerteza de 1/3 da tolerncia. No ensaio em questo, acredita-se que
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incertezas dessa ordem no so significativas na avaliao da conformidade
do equipamento;
senso comum nos laboratrios que os instrumentos utilizados para medio
dessas grandezas esto tecnologicamente bastante avanados no que diz
respeito sua qualidade metrolgica;
Nessa situao optou-se por automatizar e avaliar a confiabilidade do ensaio
de saturao em funo do seguinte cenrio observado:
ensaio integralmente manual;
ensaio em que descuidos do operador podem levar o TC saturao;
ensaio em que a confiabilidade das medies no era assegurada;
disponibilidade de equipamentos possveis de automao a custo
relativamente baixo;
grande interesse do laboratrio na automao do ensaio.
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4 REQUISITOS PARA A AUTOMAO DE BANCADAS DE
ENSAIOS
O segmento da automao seguramente o que mais cresce, dentro da
instrumentao de medio. Principalmente a utilizao de bancadas automatizadas
tem aumentado de forma bastante significativa [47].
A automao da medio integra vantagens operacionais e metrolgicasinerentes s capacidades de aquisio de dados decorrentes do uso do computador
associado [48].
O emprego de recursos de processamento, armazenamento e aquisio em
tempo real aumentam a confiabilidade metrolgica dos processos de medio [47]
[48]. A evoluo tecnolgica tem agregado um custo cada vez mais atrativo
automao [49].
Segundo FLESCH [47], atualmente o custo de uma bancada automatizada,
com uso do computador igual, ou muitas vezes menor, do que o custo empregado
a instrumentos convencionais. Isso se deve possibilidade de compartilhamento de
mdulos de processamento de sinais, atravs da multiplexao, ao uso de
transdutores mais simples e eliminao de mdulos mostradores, pelo emprego de
instrumentos virtuais [50] [51].
Diante da contnua evoluo da tecnologia de instrumentao eltrica e das
alternativas existentes, importante conhecer as principais disponibilidades, para
desenvolver um projeto de um sistema de aquisio de dados [51] [52] [53].
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4.1 Sistemas de aquisio de sinais
Um sistema de aquisio de sinais um conjunto de elementos inter-
relacionados, que se coloca entre um processo e seu observador, com o propsito
de aquisio, anlise e apresentao dos dados sobre o referido processo [54] [55]
[56].
O sistema de aquisio de sinais deve, portanto, medir, analisar e validar as
informaes adquiridas do mundo real. Para tanto, esses sistemas devem
apresentar uma arquitetura na qual os elementos se comunicam e se entendemmutuamente, interagindo entre si (figura 10) [54] [56].
Figura 10: Diagrama em blocos da arquitetura de um sistema de aquisio de sinais
Para uma viso mais prxima da realidade a figura 11 apresenta os
elementos tpicos do hardware de um sistema de aquisio de dados. So eles:
transdutores, condicionadores de sinais, mdulos de aquisio de dados e
processador [54].
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Figura 11: Elementos tpicos de um sistema de aquisio de sinais
4.1.1 Transdutores
Transdutores so componentes responsveis pela transformao do
fenmeno que se deseja medir em uma grandeza eltrica, capaz de ser
compreendida pelo sistema de aquisio de dados [54] [57].
Segundo o VIM [58] o transdutor um dispositivo que fornece uma grandeza
de sada que tem uma correlao determinada com a grandeza de entrada. Osensor definido como elemento de um instrumento de medio ou de uma cadeia
de medio que diretamente afetado pelo mensurando [58].
Os transdutores podem ser formados a partir de sensores passivos que
sofrem variao de algum parmetro eltrico (resistncia, capacitncia, indutncia)
em funo da grandeza de medio. Esse tipo de transdutor necessita de excitao
externa [57].
Tambm, podem ser formados a partir de sensores ativos, que geram
diretamente um sinal eltrico na forma de corrente, tenso ou carga eltrica [57]. Em
[47] prope-se que para a classificao de transdutores sejam adotados os termos:
transdutores auto-geradores e transdutores que requerem alimentao [47].
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4.1.2 Condicionador de sinais
Os sinais eltricos gerados por sensores e transdutores devem ser otimizados
para a faixa de medio de entrada do conversor analgico-digital (A/D) da placa ou
mdulo de aquisio do sinal.
Freqentemente o sinal precisa receber algum tipo de tratamento anterior
converso A/D. Os condicionadores de sinais realizam essa adaptao para
viabilizao da medio. As funes mais importantes desempenhadas pelos
condicionadores de sinais so apresentadas a seguir [54] [59].
A amplificao muito utilizada em condicionamento de sinais. Sinais de
baixa intensidade, como de termopares por exemplo, devem ser amplificados para
melhorar a resoluo e a relao sinal/rudo [57]. Para uma maior exatido, o sinal
deve ser amplificado de forma que a mxima faixa de tenso do sinal a ser
condicionado coincida com a mxima faixa de tenso de entrada do conversor A/D
[55] [57].
Em muitos casos, para a proteo da entrada do conversor A/D, utilizado o
isolamento de sinais. uma aplicao comum de condicionamento de sinais de
transdutores. O sistema a ser monitorado pode conter transientes de tenso elevada
que podem danificar o conversor [54] [60].
A isolao pode eliminar ou minimizar efeitos de potenciais de terra distintos
entre os sinais de entrada de sistemas de aquisio de dados (DAQs) e os sinais
adquiridos (efeito ground loop). Essa diferena pode levar a representaes erradas
na medio, e, no caso de diferenas elevadas, ainda danificar o equipamento [54]
[60]. A isolao destacadamente importante nos ensaios de equipamentos da
transmisso de energia eltrica por eles envolverem tenses elevadas.
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Uma tcnica muito utilizada pra medir diversos sinais com um nico
dispositivo de medio a multiplexao. O equipamento de condicionamento de
sinais analgicos geralmente prov multiplexao para uso com sinais de variao
lenta, como temperatura [43] [55] [57] [59] [60] [62] [63] [64]. Porm, empregando-se
multiplexao com chaves semicondutoras, sinais de alta freqncia tambm podem
ser multiplexados [56] [61].
Na multiplexao o conversor A/D amostra um canal, troca para o prximo e
assim sucessivamente. Para amostrar muitos canais ao mesmo tempo, a taxa de
amostragem efetiva de cada canal inversamente proporcional ao nmero de canais
amostrados [54] [60].
A taxa de aquisio mxima do sistema DAQ para um dado sinal (taxa
efetiva) depende da relao entre a taxa de aquisio do sistema e o nmero de
canais utilizados. Por exemplo, um sistema com 1MS/s (um milho de amostragens
por segundo), na utilizao de 100 canais fornecer uma taxa efetiva de 10 kS/s
(dez mil amostragens por segundo) para cada canal.
Outro tipo de condicionamento de sinal a linearizao. utilizada em
transdutores que possuem uma resposta no linear s variaes das grandezas de
medio. Muitos transdutores, como por exemplo, os termopares e os termistores
possuem essa caracterstica [43] [54].A filtragem possui a funo de remover sinais indesejados do sinal que se
deseja medir. Filtros de rudo - passa baixas - so utilizados para sinais CC, como os
que resultam de medidas de temperatura. Eles atenuam as componentes de maior
freqncia, que em grande parte so responsveis pela disperso da medio [54]
[65].
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Medies de sinais AC necessitam muitas vezes de filtros especiais como
antialiasing filters.Esse tipo de filtro, tambm passa baixa, atenua componentes de
freqncia superior largura de banda do sinal desejado. Caso no fossem
removidas, poderiam aparecer erradamente como sinais dentro da faixa de medio
do sistema de aquisio [65].
A excitao aplicada a transdutores que necessitam de alimentao
externa. Extensmetros, termistores e termoresistores, por exemplo, utilizam
mdulos de condicionamento de sinais que geram a excitao de tenso ou corrente
necessria para o seu funcionamento [43] [54] [65].
Medidas com termoresistores so geralmente feitas com uma fonte de
corrente que converte a variao em resistncia para uma tenso que pode ser
medida. Strain gaugesso dispositivos de baixa sensibilidade, alimentados por uma
fonte de tenso e tipicamente usados em ponte de Wheatstone[43] [57].
fundamental conhecer a natureza do sinal, a configurao que est sendo
usada na medio e os efeitos que o ambiente causa no sistema. Com base nessas
informaes pode-se determinar o condicionamento adequado para o sistema de
aquisio [54].
4.1.3 Processamento e apresentao de dados
interessante que a capacidade de processamento incorporada ao sistema
de aquisio d condies para a anlise de dados coletados.
Os softwares dirigidos ao desenvolvimento de aplicativos que empregam a
filosofia de instrumentao virtual, como HPVEE, Labwindows e Labview, so
formas amigveis de programao de controle de operao e de aquisio de sinais
de instrumentos [66].
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O ambiente de programao de aquisio e processamento de sinais mais
usual na atualidade o LabView da empresa National Instruments. Trata-se de um
pacote para visualizao e anlise de dados que permite criar de forma bastante
simples e rpida a interface grfica de acordo com as necessidades [53].
A interface de operao vem a ser o que o fabricante chama de instrumento
virtual. Os instrumentos virtuais se caracterizam por painis apresentados em telas
de monitores de vdeo, acessadas pelo usurio. Atravs do software emula-se o
comportamento operacional de instrumentos reais, que so comandados via teclado
e mouse[47].
O software Labview uma linguagem de programao que permite a
aquisio de dados, anlise, simulao ou controle de instrumentos e processos.
Alm disso, ele possui bibliotecas para aquisio de dados, controle de instrumentos
via GPIB e serial, analisador de dados e representao de dados [47] [67] [68].
Na verso 7 (atual), tambm permite o controle via internet de instrumentos e
processos, alm da criao de arquivos auto-executveis para serem utilizados em
computadores que no possuem o software instalado [69] [70].
4.2 Estruturas usuais em aquisio de sinais
Atualmente vrios organismos (ANSI, EIA, IEEE, por exemplo) desenvolveram
padres para auxiliar o projeto e desenvolvimento de sistemas de aquisio de
sinais. Alguns desses padres so aceitos mundialmente, e muitos fabricantes
oferecem uma grande quantidade de equipamentos compatveis com tais padres
[70].
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Esses padres definem critrios para controle remoto de instrumentos
eletrnicos e para a comunicao destes entre si, atravs de barramentos ou
protocolos de comunicao.
Dentre os mais utilizados para este fim, destacam-se o IEEE-488, VXI e o RS-
XXX(RS-232, RS-485, RS-422) [47] [53]. Cada padro tem suas caractersticas,
vantagens e desvantagens relacionadas ao tipo de aplicao.
Com a evoluo da tecnologia dos conversores A/D e a popularizao dos
computadores, as placas de aquisio de dados (placa DAQ) tm sido uma
excelente alternativa para implementao de sistemas de aquisio. Contudo, as
caractersticas de um sistema de aquisio de sinais so ditadas pelo processo do
qual deseja-se adquirir dados e pelas necessidades do usurio do sistema. Desse
modo um conhecimento detalhado dos padres existentes indispensvel para o
projeto de sistemas de aquisio de dados [53].
4.2.1 Instrumentos com interface de comunicao
Atualmente vrios fabricantes equipam seus instrumentos com interface para
tipos de barramento que permitem conectar instrumentos programveis a
microcomputadores [52].
Os sistemas de aquisio de dados baseados nesse tipo de instrumento
necessitam de equipamentos dotados do mesmo padro de comunicao para
adquirirem os dados desejados [52].
A Hewlett-Packard (HP) desenvolveu na dcada de sessenta o barramento
HPIB com o objetivo de controlar sua linha de instrumentos programveis [71].
Devido alta taxa de transmisso de dados, da ordem de 1Mbytes/s, este
barramento foi rapidamente aceito e se transformou no padro IEEE 488 GPIB
[71].
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Para melhorar sua performance, vrios outros padres foram definidos. Entre
eles destaca-se o padro IEEE 488-1975, desenvolvido dez anos depois do
barramento GPIB [71].
Em 1987 o padro IEEE 488 foi melhorado e passou a ser denominado
ANSI/IEEE 488.2. Este novo padro proporcionou uma maior facilidade de
comunicao com os instrumentos, estabeleceu um protocolo de comunicao
baseado em trocas de mensagens (SCPI), e resolveu o problema da padronizao
de comandos [71] [72].
Para melhorar a interface com o usurio de sistemas de medio baseados
em GPIB, vrios fabricantes criaram pacotes grficos de alto nvel como o
LabWindows, LabVIEW, Measure e Asystant GPIB. Esses pacotes vm
acompanhados de bibliotecas de interfaces, que incorporam comandos apropriados
para cada instrumento [71] [73].
Outro tipo de comunicao bastante usual na transmisso de dados de um
computador para um perifrico, como uma impressora, uma plotadora ou um
instrumento programvel a comunicao serial. Ela encontrada nos padres: RS-
232, RS-422, RS-485 e USB [74].
O padro RS-232 permite um tipo de comunicao ideal para transferncia de
dados, em baixas taxas e distncias de at 10 m. A sua limitao a possibilidadede comunicao com apenas um dispositivo. Para acomodar vrios dispositivos
necessrio o uso de uma placa com portas seriais mltiplas ou uma porta
multiplexada [74].
O padro RS-422 o padro serial encontrado nos computadores Macintosh.
Usa um sinal eltrico diferencial, ao contrrio do padro RS-232, cujo sinal possui
referncia ao terra. A taxa de transmisso utiliza duas linhas para cada um dos
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sinais de envio e de transmisso. Por isso, possui uma maior imunidade a rudo e
permitiu aumento no comprimento mximo entre os dispositivos seriais. Alm disso,
esse padro suporta at 10 dispositivos seriais conectados a uma nica porta [74].
O padro RS-485 um melhoramento do padro RS-422. Permite um nmero
mximo de 32 dispositivos e define as caractersticas eltricas necessrias para
garantir os nveis de tenso adequados durante a conexo, que pode chegar at
1000 m de distncia. Com esse padro podem-se criar redes complexas de
dispositivos com uma porta serial nica. um padro bastante usual em controle de
processos industriais [74].
O padro USB (Universal Serial Bus) uma tecnologia recente que tem
substitudo a antiga RS-232. Esse padro foi projetado inicialmente para o controle
de dispositivos perifricos, tais como teclado e mouse. Entretanto, se mostrou til
para muitas outras aplicaes, inclusive a automao da medio. O padro USB
possui as caractersticas de auto deteco e configurao dos dispositivos plug and
playe permite a conexo de at 127 dispositivos por ponto [73] [74].
4.2.2 Sistemas modulares ou bastidores
Sistemas modulares so utilizados quando as grandezas medidas demandam
uma velocidade elevada na aquisio de dados, grande quantidade de medies e
alta capacidade de processamento [52].
Esses sistemas so compostos de vrias placas de aquisio de dados
controladas por uma placa conectada ao computador dedicada exclusivamente ao
controle do funcionamento dessas. Utilizam um barramento de interconexo
desenvolvido especificamente para essa funo [52]. Assim, o computador fica com
a funo de trabalhar com os resultados j processados pela placa de controle do
sistema [52].
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O sistema de aquisio de dados montado em um gabinete especfico.
Contm as placas de aquisio, barramento de conexo e processador dedicado.
interligado ao microcomputador atravs de uma das interfaces computacionais [52].
Existem diversos tipos de sistemas com estas caractersticas, mas a maioria
dos fabricantes segue algum padro para que componentes com diferentes
procedncias possam ser compatveis entre si [75].
A plataforma VXI plug and play rene uma grande quantidade de produtos
para aquisio de dados de diferentes fabricantes, mantendo a compatibilidade entre
eles. Tal compatibilidade garantida devido a especificaes mecnicas, eltricas e
lgicas para interligao dos componentes [75] [76].
Outro tipo de sistema modular a plataforma PXI. uma arquitetura baseada
no barramento PCI (PXI = PCI eXtensions for Instrumentation). Combina as
caractersticas eltricas do barramento PCI, amplamente difundidas pelo seu uso em
qualquer PC, com as caractersticas mecnicas e modulares do CompactPCI [75]
[76].
A plataforma PXI integra barramentos de sincronizao especializados e
caractersticas especficas de software tornando-se uma plataforma de alto
desempenho e custo relativamente baixo para sistemas de medio e automao
[75] [76].
4.2.3 Placas de aquisio de dados
As placas de aquisio de dados (placa DAQ) efetuam a digitalizao de
valores dos sinais analgicos geralmente tenso - e transfere a informao digital
para o computador. As placas so ligadas diretamente aos barramentos internos do
computador, conferindo boa velocidade na troca de dados [54]. Desta forma, a placa
7