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medições eléctricas

Outros parâmetros são igualmente impor-tantes nos aparelhos de medida e nos valo-res a registar, em particular quando houver necessidade do rigor da leitura, nomeada-mente exactidão, precisão, erro de paralaxe, incerteza da medição, calibre, sensibilidade, mobilidade do aparelho de medida, fidelida-de, estabilidade, folga, histerese, método de medida e claro os Erros.

Ao falarmos de Ensaios e Certificação de Instalações Eléctricas, estamos a falar ba-sicamente de ensaios realizados em regime de Fora da Presença de Tensão, estes visam essencialmente a verificação das protecções de pessoas contra contactos indirectas, este ensaios são traduzidos basicamente por dois

Ventura Rodrigues - Consultadoria e Engenharia

A necessidade de efectuarmos medidas eléctricas ou de outro teor físico implicam sempre uma opção do aparelho de medida, as soluções identificam-se ao nível dos Aparelhos Digitais e Apa-relhos Analógicos. A opção entre estes dois tipos de aparelhos de medida depende de vários factores, sendo que por uma questão de redução do erro de leitura da grandeza a medir nos aparelhos analógicos devemos de registar os valores no último quarto de escala, ou seja, deverá optar-se por uma escala tal que a leitura a medir seja realizada no último quarto de escala.

tipo de MEDIDAS ELÉCTRICAS:› Medição das Terras de Serviço e Terras de

Protecção, e › Medição das condições de funcionamento

das Protecções Diferenciais.:› I∆N – Corrente de fuga, ou sensibili-

dade da actuação da protecção dife-rencial

› tI∆N - Tempo de actuação da protec-ção diferencial

Para efeitos destas duas medidas, temos de ter em consideração as varias soluções téc-nicas que podemos usufruir

Para a Medição das Terras de Serviço e Pro-tecção podemos usufruir de vários tipos de metodologias:

1› Sistema de Pinças, o qual é extrema-mente pratico, mas, há que ter cuidado em verificar a existência de paralelo das ligações do electro a medir

2› Sistema convencional de sondas, o qual obriga á abertura do ligador amo-vível e á colocação provisória de sondas. Esta solução pode ser complicada em particular quando nas proximidades do

{soluções em ApArelhos DigitAis e AnAlógicos}

ligador amovível não existe facilidade de instalação das sondas provisórias

MEDIÇÕES

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3› Actualmente, temos ainda uma solução integrada num único aparelho onde podemos obter todas as medidas e va-lores que devem de constar numa Cer-tificação das Instalações Eléctricas, esta solução para as medidas é muito pratica pois que a parir duma simples tomada tipo SCHUKO podemos obter o valor das terras, no entanto, este valor associado ás terras de protecção, não permite fazer a destrinça entre a terra de protecção e a terra de serviço

Neste âmbito da garantia da protecção de pessoas contra contactos indirectos, falta referirmo-nos á medida de performance das protecções diferenciais, para o efeito o aparelho referido anteriormente constitui a melhor e a solução típica utilizado pelos nossos técnicos.

Neste ensaio pretende-se garantir o disparo dentro dos parâmetros das protecções dife-rencias, ou seja, controlar os parâmetros:› I∆N – Corrente de fuga, ou sensibilidade

da actuação da protecção diferencial› tI∆N - Tempo de actuação da protecção di-

ferencial

Hoje em dia, fruto das necessidades de Certificação das Instalações Eléctricas as marcas apresentam uma solução integrada onde podemos obter de foram expedita e sem grande esforço ou dedicação de tempo o valor da Resistência de Terra e os parâme-tros de disparo da protecção diferencial, ver o aparelho da figura seguinte.

Não é possível falar mesmo que resumida-mente da Medidas Eléctricas sem abordar a

MEDIDA DA RESISTÊNCiA DE ISOLAMENTO, sendo este um dos aspectos importantes das medidas eléctricas, prende-se com fac-tores operacionais e medido a partir duma instalação desactivada (tal como as demais acima referidas).

meDiDAs eléctricAs pArA mAnutenção preventivA e curAtivAQuando se pretende realizar medições de grandezas eléctricas numa instalação eléc-trica activa, ou seja, em regime de presença de tensão distingue-se algumas das neces-sidades mais evidentes, nomeadamente a medição de:› Tensões Simples e Composta

› Correntes na Fase e no Neuto› Sequência de Fase› Potência Activa › Energia

A medição da tensão simples e tensão com-posta é um factor de grande importância ao nível das instalações eléctricas, os sistemas de medição podem ser mais simples ou mais completos com maior ou menor rigor na medida.

Assim é muito importante termos em consi-deração que os vários metodos podem pro-duzir resultados mais ou menos rigorosos, sobre as medidas há uma serie de classifica-ções e catalogações (ex.: Classe de Precisão, …) sobre as quais não iremos desenvolver o presente artigo, mas, bastará compreender que á uma diferença signifcativa entre um simples busca-polos e um aparelho TRUE RMS, mesmo os voltímetros por vezes são de muito baixo rigor na leitura como por exem-plo os ferromagneticos, muito utilizados nas tampas dos armários e onde a sua operacio-nalidade não vai muito além dum sistema de identificação de presença de tensão.

Os VOLTIMETROS são assim, aparelhos que devem de constituir a ferramenta de base de um ELECTRICISTA, sendo a tensão factor extremanete importante quando realizamos a análise operacional duma instalação eléc-trica.

A utilidade da medição da Tensão prende-se com factores operacionais ligados direc-tamente a dois pontos muito importantes das Instalações Eléctricas as subtensões e as sobretensões, e sem pretender entrar no domínio específico das soluções técnicas para cada um destes problemas, gostaría-mos de salientar os aspectos operacionais e consequências que tensões muito elevadas podem trazer para os equipamentos, nome-adamente:› A tensão muito elevada reduz drastica-

mente a fiabilidade dos equipamentos, como haveremos de ver abaixo, este au-mento do valor eficaz pode ficar-se ao aumento da amplitude da onde sinusoi-dal da onda fundamental, mas, também


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a aumentos por influência das harmóni-cas, naturalmente este efeito de aumento do valor eficaz pelas harmónicas é muito mais significativo nas leituras da Intensi-dade da Corrente Eléctrica do que na Ten-são Eléctrica

› A tensão mais elevada tem consequências ao nível dos consumos de energia eléctri-ca, como poderemos ver imediatamente abaixo (e para cargas resistivas puras, genericamente falando), a Tensão de Ali-mentação Superior à Tensão Nominal dos Equipamentos implica um aumento da potencia dissipada “P ≈ f (U²)”

Tabela de relações para

tensões diferentes da nominal

Nota: Verifica-se que um aumento de 10 % na tensão simples (230 V), implica um aumento do consumo de 21%.

A medição da corrente é possível a partir de dois métodos possíveis:› Método directo, quando o aparelho mede

a corrente que atravessa um circuito

› Método indirecto, quando o aparelho mede uma imagem da grandeza real, seja por intermédio duma pinça amperimétri-ca, seja, por intermédio dum transforma-dor de intensidade

A sequência de fases é muito importante num sistema trifásico e o garante que não existem surpresas no normal e regular fun-cionamento das instalações e equipamen-tos, tudo se baseia em manter uma sequên-cia correcta por forma a que em particular as máquinas rotativas rodem no sentido correcto.

Nota: Há que ter em cuidado e atenção que a se-quência de fases é possível em três sequen-cias, ou seja, para fazer o paralelo de cabos, ou o fecho dum anel numa rede de distribui-ção de energia eléctrica ou sempre que se pretenda deveremos mais do que garantir a sequencia de fase, devemos de garantir que a diferença de potencial (Tensão) seja nula.

Medição da Potencia Activa, medida a partir de Wattimetros esta medida é normalmente importante no dia-a-dia quando vista inte-grada no tempo, ou seja, a medição de Ener-gia Eléctrica.

O valor da Potência Activa pode ser impor-tante para análise de viabilidade de pro-jectos de investimento ou de renovação de máquinas e equipamentos, mas, na pers-pectiva operacional ou de manutenção não é efectivamente um aparelho importante para o efeito que o artigo pretende salientar, ou seja, as Medidas Eléctricas no âmbito da Certificação e Manutenção das Instalações Eléctricas.

Por fim, a Energia Eléctrica que como é sa-bido é o incremento da Potência ao longo do tempo.

Tensão Simples

Us[volt] ∆P[%]

230 100

232 101,7

235 104,4

240 108,9

245 113,5

Tensão Simples

Uc[volt] ∆P[%]

400 100

404 102,8

409 105,4

417 109,6

426 114,4

puBliciDADe A4


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É muito importante para registo e contro-lo dos consumos, mas, não se traduz numa efectiva necessidade de medida, ou seja, fac-tores mais associados à Operação.

AnÁlise De hArmónicAs nAs meDiDAs eléctricAsFactor importante quando se pretende efec-tuar uma medida eléctrica, nomeadamente Correntes é a influência das Harmónicas na Leitura a registar e naturalmente, como a medir correctamente.

As harmónicas resultam da não linearidade dos equipamentos usados para efeitos de

controlo de potência entregue à carga, sistemas de variação de velocidade, onduladores, rectificadores, e outros ligados à electrónica de potência.

No passado a maioria das cargas eram lineares não causando qualquer perturbação/ distúrbio na tensão e corrente. Contudo, nos últimos 25 anos (e em particular desde 1980) houve uma explosão tecnológica no uso dos relés do estado sólido, variadores de velocidade, onduladores, rectificadores, ou seja, na aplicação da electrónica de potência.

Esta nova tecnologia levou a um aumento de produção e optimização das instalações, no entanto estes equipamentos são responsáveis pelo aparecimento de correntes de frequência múltipla da onda fundamental(*), o que provoca uma corrente e tensão periódica não sinu-soidal.

Teoricamente, prova-se que qualquer sinal periódico é decomposto em vários sinais sinusoi-dais cuja amplitude e frequência são função do sinal que lhes deu origem.

A componente contínua “ “ é a amplitude de frequência nula.

Vejamos qual a relação de potência activa entre um circuito cuja tensão está sujeita a harmó-nicas comparativamente com o mesmo circuito sem harmónicas.

O que nos é dado pelas Séries de Fourier.

potÊnciA De grAnDeZAs não sinusoiDAisImaginemos que num circuito a que aplicamos uma tensão periódica não sinusoidal:

Pela carga passa uma corrente:

É possível demonstrar que o valor médio da potência é igual à soma dos valores médios das potências correspondentes a cada termo, isto é:

Ou seja:

Onde

(*) Chama-se onda fundamental ao sinal cuja frequência é igual à onda de excitação/original. A onda de frequência igual à do sinal de

excitação chama-se fundamental, as restantes chamam-se harmónicas e têm uma frequência múltipla da fundamental.

2ao

f (t) = 2ao +

1n

(an cos nt + bn sen nt)

u (t) = 2 U1 Cos (t - 1) + 2 U2 Cos (2t - 2) + … + 2 Un Cos (nt + n)

i (t) = 2 I1 Cos (t - 1) + 2 I2 Cos (2t - 2) + … + 2 In Cos (nt + n)

P = n

1 T1

T

0

Uk Ik Cos (Kt - k) Cos (Kt - k) dt

P = U1 I1 Cos 1 + U2 I2 Cos 2 + … + Un In Cos n

k = (k - k)

P = P1 + P2 + … + Pn

u (t) = 2 U1 Cos (t - 1)

i (t) = 2 I1 Cos (t - 1)

P = T1

T

0

U1 I1 Cos (t - 1) Cos (t - 1) dt

P1 = U1 I1 Cos 1

P ( com harmónicas ) = P1 + P2 + … + Pn

P ( sem harmónicas ) = P1



P = n

1 T1

T

0



k = (k - k)

P = P1 + P2 + … + Pn

u (t) = 2 U1 Cos (t - 1)

i (t) = 2 I1 Cos (t - 1)

P = T1

T

0

U1 I1 Cos (t - 1) Cos (t - 1) dt

P1 = U1 I1 Cos 1





P = n

1 T1

T

0



k = (k - k)

P = P1 + P2 + … + Pn

u (t) = 2 U1 Cos (t - 1)

i (t) = 2 I1 Cos (t - 1)

P = T1

T

0

U1 I1 Cos (t - 1) Cos (t - 1) dt

P1 = U1 I1 Cos 1





P = n

1 T1

T

0



k = (k - k)

P = P1 + P2 + … + Pn

u (t) = 2 U1 Cos (t - 1)

i (t) = 2 I1 Cos (t - 1)

P = T1

T

0

U1 I1 Cos (t - 1) Cos (t - 1) dt

P1 = U1 I1 Cos 1





P = n

1 T1

T

0



k = (k - k)

P = P1 + P2 + … + Pn

u (t) = 2 U1 Cos (t - 1)

i (t) = 2 I1 Cos (t - 1)

P = T1

T

0

U1 I1 Cos (t - 1) Cos (t - 1) dt

P1 = U1 I1 Cos 1



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o electricista

Finalmente

potÊnciA De grAnDeZAs sinusoi-DAisNum circuito livre de harmónicas, temos a tensão:

Pela carga passa uma corrente:

A potência activa posta em causa é:

Ou seja

Assim, podemos verificar que as harmó-nicas provocam o acréscimo do valor da potência activa.

A conclusão desta análise e o mais impor-tante desta análise teórica é a escolha do equipamento e aqui há francamente que ter o cuidado de escolher um aparelho de ver-dadeiro valor eficaz, ou seja, TRUE RMS.



P = n

1 T1

T

0



k = (k - k)

P = P1 + P2 + … + Pn

u (t) = 2 U1 Cos (t - 1)

i (t) = 2 I1 Cos (t - 1)

P = T1

T

0

U1 I1 Cos (t - 1) Cos (t - 1) dt

P1 = U1 I1 Cos 1





P = n

1 T1

T

0



k = (k - k)

P = P1 + P2 + … + Pn

u (t) = 2 U1 Cos (t - 1)

i (t) = 2 I1 Cos (t - 1)

P = T1

T

0

U1 I1 Cos (t - 1) Cos (t - 1) dt

P1 = U1 I1 Cos 1





P = n

1 T1

T

0



k = (k - k)

P = P1 + P2 + … + Pn

u (t) = 2 U1 Cos (t - 1)

i (t) = 2 I1 Cos (t - 1)

P = T1

T

0

U1 I1 Cos (t - 1) Cos (t - 1) dt

P1 = U1 I1 Cos 1





P = n

1 T1

T

0



k = (k - k)

P = P1 + P2 + … + Pn

u (t) = 2 U1 Cos (t - 1)

i (t) = 2 I1 Cos (t - 1)

P = T1

T

0

U1 I1 Cos (t - 1) Cos (t - 1) dt

P1 = U1 I1 Cos 1





P = n

1 T1

T

0



k = (k - k)

P = P1 + P2 + … + Pn

u (t) = 2 U1 Cos (t - 1)

i (t) = 2 I1 Cos (t - 1)

P = T1

T

0

U1 I1 Cos (t - 1) Cos (t - 1) dt

P1 = U1 I1 Cos 1





P = n

1 T1

T

0



k = (k - k)

P = P1 + P2 + … + Pn

u (t) = 2 U1 Cos (t - 1)

i (t) = 2 I1 Cos (t - 1)

P = T1

T

0

U1 I1 Cos (t - 1) Cos (t - 1) dt

P1 = U1 I1 Cos 1



Um exemplo muito prático é a medição de correntes, imagine um disjuntor que se encontra a disparar!

Uma questão que se coloca é naturalmente a medição da corrente que está a atravessar o disjuntor, no entanto, se o aparelho for somente um RMS, ou seja, capaz de medir o valor eficaz da corrente (Onda fundamental de 50 Hz), mas, incapaz de medir o Verdadeiro Valor Eficaz (TRUE RMS).

Vejamos os efeitos nefastos das Harmónicas.

perDAs por eFeito De JouleAs perdas por efeito de Joule são perdas térmicas associadas à instalação eléctrica (essencial-mente em condutores, motores e transformadores), o desperdício de energia activa derivado destas perdas térmicas são proporcionais ao quadro da corrente eficaz ( P = R I2 ), vejamos como varia o valor eficaz da corrente com a inserção de harmónicas:

com hArmónicAsE que o valor eficaz da corrente é afectado pelas componentes de frequência múltipla da fundamental (harmónicas).

Sendo o valor eficaz da corrente

sem hArmónicAs

Pelo atrás exposto, verificamos que as perdas térmicas associadas à harmónicas são uma realidade significativamente ampliadas pelo quadro da corrente eficaz.

Temos ainda a assinalar que a correcta compensação do factor de potência implica a optimi-zação do transito de energia reactiva na Média Tensão (MT).

cAmpos girAntes pulsAntesAs máquinas eléctricas rotativas quando sujeitas a uma tensão periódica não sinusoidal apre-sentam um binário com termos constantes e também pulsatórios. Ou seja, a máquina sofre o efeito de cada componente harmónica correspondente a uma força magnetomotriz de velocidade associada à frequência da harmónica que a gera, estas forças magnetomotrizes colidem com a força magnetomotriz principal criada a partir da onda fundamental.

O que implica uma força antagonista que terá que ser vencida à custa de energia activa.

i (t) = 2 I1 Cos (t - 1) + 2 I2 Cos (2t - 2) + … + 2 In Cos (nt - n)

Ief C/Harmónicas = ( I12 + I2

2 + … + In2 )

i (t) = 2 I1 Cos (t - 1)

Ief S/Harmónicas = I1

Ief C/Harmónicas > Ief S/Harmónicas



2 + … + In2 )

i (t) = 2 I1 Cos (t - 1)





2 + … + In2 )

i (t) = 2 I1 Cos (t - 1)




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Nota: É de salientar que estas oscilações de binário contrariam a hipótese de velocidade cons-tante. No entanto, a inércia do conjunto em rotação e a frequência relativamente elevada dos termos oscilatórios exercem uma acção de filtragem e as oscilações de velocidade têm, por isso, uma amplitude relativamente pequena.

Esta amplitude é inversamente proporcional ao momento de inércia e à frequência das oscilações do binário.

É neste contexto que a aproximação de ve-locidade constante é assumida.

regime De eXplorAção DA instAlAçãoComo já atrás foi referido é de esperar uma melhoria global do regime de exploração da instalação eléctrica da AE, com repercus-sões quer ao nível da distorção harmónica, qualidade de energia e consumo de energia activa e reactiva.

Estes dados têm como consequência directa:

› diminuição do valor eficaz da tensão;› diminuição dos valores eficazes das cor-

rentes em toda a instalação eléctrica de Baixa Tensão (BT);

› optimização do uso da regulação da ener-gia reactiva, o que implica diminuição de correntes reactivas que circulam na rede de Média Tensão (MT);

› disponibilidade de recolocar condensado-res na Pintura;

› menos cortes intempestivos por actuação das protecções;

› melhoria na qualidade de soldaduras, no-meadamente nas máquinas MIG e STUDS;

› maior tempo de vida útil dos equipamentos;› menos manutenção;› e outros.

mAnutenção curAtivA Temos ainda a considerar outro elemento muito importante a MANUTENÇÃO.

Será de prever a redução das acções de ma-nutenção curativa devido essencialmente à:

› diminuição dos valores das correntes efi-cazes, que são sempre susceptíveis de fa-zer actuar as protecções e com potenciais consequências para equipamentos ao ní-vel das oscilações de tensão provocadas pelos regimes transitórios ;

› diminuição da corrente eficaz, beneficia a instalação do ponto de vista térmico, ou seja, há um sobreaquecimento evitado nos circuitos eléctricos, e equipamentos, onde se salienta os enrolamentos dos transformadores, onde se fecham estas correntes;

› perturbação da tensão, diminuição do valor eficaz da tensão com influência em toda a instalação;

› ao nível do circuito magnético das máqui-nas eléctricas rotativas, temos benefícios devido às correntes induzidas e que se fe-cham pela carcaça da máquina, causando o desgaste dos rolamentos associados às chumaceiras, basicamente devido a estes ficarem “picados”, o que lhes causa o des-gaste prematuro.

Evidentemente, muitos outros aparelhos existem para efeitos de medição de gran-dezas eléctricas e comportamentos de equipamentos como sendo por exemplo Osciloscópios Analógicos e Digitais, ou me-didores de Capacidades de Condensadores, Auto-Indutâncias, etc.. No entanto, preten-deu-se um aspecto mais geral e prático ao presente artigo.

Concluímos com um aspecto importante das Medidas nas Instalações Eléctricas, inse-ridas na Manutenção Preventiva e na análise prévia dos pontos de defeito (essencialmen-

te maus apertos), temos a TERMOGRAFIA e a muito recente utilização de ultra-sons na identificação de defeitos nas Instalações Eléctricas, nomeadamente:

› Barramentos,› Pontos de Aperto,› Secção de Cabos;› Disjuntores› E outro cujo defeito possa originar dissi-

pação térmica para a TERMOGRÁFICA ou micro sons para os outros defeitos.

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