teste de saturação tcs

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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14

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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15

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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21

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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23

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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24

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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26

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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27

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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29

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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30

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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32

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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33

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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46

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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47

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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48

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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49

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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50

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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51

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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55

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

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teste de saturação tcs