Universidade Paulista UNIP
Curso de Engenharia Disciplina de Controle e Automao
Prof. Joo Flrio
Sensoreamento de Corrente
Camila Alves Ferreira 876669-0
Luis Rogrio Barbosa 877234-7
Rafael Paes 217999-7
Ronaldo Martins Waldemarin 875679-1
Thiago Augusto Cardoso 875136-6
Giovani Coan 877303-3
Nelson Ap. Bezerra 877196-0
Felipe Rosa Antunes 127447-3
Sorocaba 2010
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ndice
1. Introduo ....................................................................................................... 2
2. Tipos De Sensores De Corrente ............................................................ 3
2.1. Shunt Resistivo ............................................................................................. 3
2.2. Sensores De Efeito Hall ........................................................... 4
2.3. Tipos De Transdutores: ............................................................ 7
3. Dispositivos Trmicos ............................................................................... 10
4. Transformadores De Corrente .............................................................. 11
4.1. Tipos Construtivos .................................................................. 14
5. Bobinas Rogoswski ................................................................................... 15
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1. INTRODUO
Uma aplicao muito freqente na indstria de sensores magneto-resistivos o
sensoriamento da intensidade da corrente que circula num circuito. Esse
sensoriamento serve para realimentar os circuitos de controle PWM que
determinam a velocidade de potncia de motores, acionamento de solenides,
e muitos outros tipos de dispositivos semelhantes. Uma das aplicaes mais
comuns dos sensores de corrente a realimentao dos circuitos de controle
de motores.
Figura 1 - Controle de motor por sensor de corrente.
Para se obter um sinal proporcional corrente que circule por um condutor
existem diversas tecnologias que so utilizadas nos componentes comerciais.
Essas tecnologias incluem shunts resistivos, dispositivos de efeito hall,
transformadores de corrente, dispositivos trmicos, etc.
Cada tecnologia tem suas vantagens e desvantagens como, por exemplo, a
no existncia de isolamento no caso do shunt ou ainda a queda de tenso no
circuito causando perdas, etc.
Os sensores magneto-resistivos, entretanto, oferecem muitas vantagens que
analisadas podem torn-los uma escolha melhor do que os outros tipos. Dentre
as vantagens que destacamos para esses sensores est o fato de que eles
proporcionam isolamento eltrico total, no causam alteraes na intensidade
da corrente do circuito sensoriado e, alm disso, so rpidos o bastante para
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poderem operar com freqncias to altas como 5 MHz, isso numa faixa
dinmica de 100 dB.
2. TIPOS DE SENSORES DE CORRENTE
2.1. Shunt Resistivo
Resistncia de derivao para medio de corrente contnua. O Shunt
principalmente empregado para medies de correntes elevadas, sendo
calculado de tal maneira que a uma determinada corrente nominal se
tenha uma queda de tenso, geralmente de 60, 150 ou 300mV.
Para que se obtenha uma indicao de corrente, deve ser conectado ao
shunt um indicador bobina mvel com escala igual a corrente nominal e
o campo equivalente a queda de tenso provocada pelo shunt.
Para que seja assegurada a preciso do shunt, deve-se tomar o cuidado
para que no sejam a ele conectadas linhas de medio com resistncia
maior que o valor mencionado nos dados tcnicos do shunt.
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Exemplo de Dados Tcnicos do shunt:
Norma: NBR 5180
Terminais: Lato MS 58.
Conexo: Ao barramento atravs de parafusos de ao niquelado ou lato
linha de medio atravs de parafusos de lato com cabea cilndrica, M5x8.
Material da Resistncia: Mangann.
Resistncia da Linha de medio:
Shunt 60 mV 0,35
Shunt 150 mV 4
Shunt 300 mV 12
Classe de exatido: 0,5%.
Sobrecarga de curta durao:
In at 500A 10 x In/5 seg.
In de 501A/2000A 5 x In/5 seg.
In de 2001A/10000A 2 x In/5 seg.
2.2. Sensores De Efeito Hall
So dispositivos transdutores de corrente fabricados usando o princpio
efeito hall de elementos magnticos, com a capacidade de medir sinais
AC e DC com total isolamento galvnico. Podem trabalhar com vrios
formatos de onda (faixa ampla de freqncia).
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Os Sensores de Corrente por efeito Hall Realimentado podem medir
correntes AC e DC numa faixa ampla de freqncia. Dessa forma,
possuem a capacidade de reproduzir praticamente qualquer formato de
onda. Possuem uma sada em corrente determinada atravs de uma
relao entrada: sada. Em modelos, por exemplo, que possuem uma
relao 1:1000, teremos na sada do sensor uma reproduo de sinal
medido numa proporo 1000 vezes menor.
Na escolha do modelo a ser utilizado, deve-se observar quais so os
valores de corrente de pico positivos (Ipp) e negativos (Ipn) do formato
de onda presente no sinal a ser medido, pois os mesmos devem
respeitar a faixa de medida do sensor que ser utilizado. Por exemplo:
pegando-se um modelo cuja faixa de medida seja 80Adc, o Ipp e o Ipn,
devem ser, respectivamente, (+80Adc) e (-80Adc).
A corrente nominal tem um papel importante na indicao do erro do
sensor. Como os mesmos podem medir vrios formatos de onda,
basear-se somente neste parmetro para dimensionar o sensor pode
incutir em erro, pois os valores Ipp e Ipn podem extrapolar os valores da
faixa de medida.
A converso da sada em corrente para uma em tenso feita atravs
de um resistor de amostragem (Ra).
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Em medidas de corrente com baixa amplitude de sinal, pode-se
aumentar a resoluo da medida, fazendo-se com que o condutor da
corrente seja passado mais de uma vez pela janela do sensor.
A corrente resultante lida pelo sensor ser resultado do nmero (n) de
vezes que o condutor ser passado pela janela do sensor multiplicado
pelo valor da corrente (i) que passa pelo prprio condutor.
Exemplo:
- nmero de vezes que o condutor passa pela janela: n = 5
- corrente no condutor: i = 5A
Valor de corrente resultante lida pelo sensor (ir ): i i n A r = = 5 5 = 25
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Deve levar em conta que a corrente no primrio do sensor, no caso de
se passar o condutor mais de uma vez pela janela, ser neste caso (ir).
Algumas vantagens destes sensores:
Medio de corrente contnua: Substituio com vantagem de
custo- benefcio os sensores semicondutores de efeito Hall e seu
complexo sistema eletrnico de calibrao e compensao de
temperatura.
Proteo de sistemas de energia em corrente contnua: Substitui
o shunt resistivo de potncia eliminando problemas de dissipao
de calor.
Banco de baterias para alimentao de sistemas de proteo de
subestaes: O no emprego de shunt dispensa o uso de
amplificadores de alto ganho, susceptveis a interferncias
eletromagnticas externas.
No-Break: Por no usar shunt existe uma perfeita isolao
galvnica entre circuito primrio e secundrio.
Carregadores de baterias automotivas e tracionrias: Excelente
sensibilidade para uma vasta gama de correntes.
Medio e controle de processos em industria eletroqumica"
Medio e controle de processos em industria eletroqumica:
Maior robustez sendo indicado para ambientes agressivos. Pode
suportar atmosferas com poeira e outros poluentes, calor,
umidade, elevada interferncia eletromagntica e vibrao sem
alterar o seu funcionamento normal nem sua preciso
Controle de processo em galvanizao: Menor custo.
2.3. Tipos De Transdutores:
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Transdutores de Corrente Janelados
medida direta que dispensa a utilizao de TCs ou SHUNTs.
Basta a passagem do condutor da corrente pela
no prprio encapsulamento do transdutor, para se ter uma medida
AC ou DC com total isolamento galvnico.
Transdutores de Corrente com Terminal:
em medidas de baixo valor de corrente. Nestes modelos, o
condutor deve ser
total isolamento galvnico.
Transdutores de Corrente que utilizam sensor hall externo:
Utilizados para medidas AC e DC. Diferente dos modelos
janelados e de Terminais, que possuem os pontos de medida da
corrente integrados n
fixao em fundo de p
(sondas) de Corrente AC e DC (Efeito HALL realimentados) para
executarem as medidas. Os mesmos so ideais em casos onde a
amplitude da corrente ou os pontos de medid
remotamente
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Transdutores de Corrente Janelados: Possuem um sistema de
medida direta que dispensa a utilizao de TCs ou SHUNTs.
Basta a passagem do condutor da corrente pela janela,
no prprio encapsulamento do transdutor, para se ter uma medida
com total isolamento galvnico.
sdutores de Corrente com Terminal: Geralmente utilizados
em medidas de baixo valor de corrente. Nestes modelos, o
condutor deve ser fixado nos terminais do transdutor. Possuem
total isolamento galvnico.
Transdutores de Corrente que utilizam sensor hall externo:
Utilizados para medidas AC e DC. Diferente dos modelos
anelados e de Terminais, que possuem os pontos de medida da
corrente integrados no prprio encapsulamento padro DIN de
fixao em fundo de painel, os mesmos necessitam dos Sensores
(sondas) de Corrente AC e DC (Efeito HALL realimentados) para
executarem as medidas. Os mesmos so ideais em casos onde a
amplitude da corrente ou os pontos de medida esto localizados
remotamente (longe do painel).
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Possuem um sistema de
medida direta que dispensa a utilizao de TCs ou SHUNTs.
janela, localizada
no prprio encapsulamento do transdutor, para se ter uma medida
Geralmente utilizados
em medidas de baixo valor de corrente. Nestes modelos, o
nos terminais do transdutor. Possuem
Transdutores de Corrente que utilizam sensor hall externo:
Utilizados para medidas AC e DC. Diferente dos modelos
anelados e de Terminais, que possuem os pontos de medida da
prprio encapsulamento padro DIN de
ainel, os mesmos necessitam dos Sensores
(sondas) de Corrente AC e DC (Efeito HALL realimentados) para
executarem as medidas. Os mesmos so ideais em casos onde a
a esto localizados
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Transdutores de Corrente que utilizam TC (Transformador de
Corrente): Utilizados para medidas AC. Necessitam de TCs
(Transformadores de Corrente) para executarem as medidas. Os
mesmos so ideais em casos onde a amplitude da corrente ou os
pontos de medida esto localizados remotamente (longe do
painel).
Multiplexador (Concentrador): Em casos onde existam vrios pontos de
medida que precisam que os seus dados sejam enviados para um nico
local (equipamento), pode-se utilizar o Multiplexador (Concentrador)
que recebe as informaes de vrios transdutores e as concentram em
uma nica sada.
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3. DISPOSITIVOS TRMICOS
Um termopar uma juno entre dois metais diferentes que produz uma
tenso relacionada a uma temperatura de diferena. Termopares um tipo
amplamente utilizado de sensor de temperatura para medio e controle e
tambm pode ser utilizada para converter calor em energia eltrica. Eles so
baratos e intercambiveis, so fornecidos montados com conectores padro e
podem medir uma vasta gama de temperaturas. A principal limitao a
preciso: os erros do sistema de menos de um grau Celsius pode ser difcil de
alcanar.
Um termopar pode produzir a corrente, o que significa que pode ser usado para
conduzir alguns processos diretamente, sem a necessidade de circuitos
adicionais e fontes de energia. Por exemplo, o poder de um termopar pode
ativar uma vlvula quando surge uma diferena de temperatura. A energia
eltrica gerada por um termopar convertida a partir da energia trmica que
deve ser fornecido para o lado quente para manter o potencial eltrico. Um
fluxo contnuo de calor necessrio porque a corrente que flui atravs do
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termopar tende a causar o lado quente esfriar e o lado frio para aquecer (o
efeito Peltier).
Qualquer juno de metais diferentes ir produzir um potencial eltrico
relacionadas temperatura. Termopares para a medio prtica de
temperatura so junes de determinadas ligas que tm uma relao previsvel
e repetitiva entre temperatura e tenso, ligas diferentes so usados para
diferentes faixas de temperatura. Propriedades como resistncia corroso
pode tambm ser importante na escolha de um tipo de termopar. Quando o
ponto de medio est longe de ser o instrumento de medio, a conexo
intermediria pode ser feita por fios de extenso, que so menos onerosos do
que os materiais utilizados na fabricao dos sensores. Termopares so
geralmente normalizados em relao a uma temperatura de referncia de 0
Celsius; instrumentos prticos usar mtodos eletrnicos de compensao de
juno fria para ajustar a variao da temperatura nos terminais do
instrumento. Os instrumentos eletrnicos tambm podem compensar as
diferentes caractersticas do termopar, e assim melhorar a preciso e exatido
das medies.
Termopares so amplamente utilizados na cincia e na indstria; aplicaes
incluem a medio de temperatura para fornos , turbinas a gs de escape, para
motores diesel motores, e outros processos industriais.
Termopares podem ser conectados em srie para formar uma termopilha, onde
todas as junes quentes so expostas a um maior e todas as junes frias
para uma temperatura mais baixa. A sada a soma das tenses atravs das
junes individuais, dando maior tenso e potncia. Usando o decaimento
radioativo de elementos transurnicos como fonte de calor, este arranjo tem
sido usado para alimentao em misses espaciais longe demais do Sol para
utilizar a energia solar.
4. TRANSFORMADORES DE CORRENTE
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Os transformadores de corrente so classificados em dois tipos:
Transformadores de Corrente para servios de medio, utilizados para
medio de correntes em alta tenso, possuem caractersticas de boa
preciso (ex.: 0,3%-0,6% de erro de medio) e baixa corrente de
saturao (4 vezes a corrente nominal).
Transformadores de Corrente para servios de proteo, utilizados para
proteo de circuitos de alta tenso, so caracterizados pela baixa
preciso (ex.: 10%-20% de erro de medio) e elevada corrente de
saturao (da ordem de 20 vezes a corrente nominal).
Quando a corrente em um circuito muito alta para aplicar diretamente os
instrumentos de medio, um transformador de corrente produz uma corrente
reduzida exatamente proporcional corrente no circuito, que pode ser
facilmente conectado a medio e os instrumentos de registro. Um
transformador de corrente tambm isola os instrumentos de medio do que
pode ser muito alta tenso no circuito monitorado. Transformadores de
corrente so comumente usados em medio e rels de proteo na indstria
de energia eltrica.
Um transformador de corrente ou simplesmente TC um dispositivo que
reproduz no seu circuito secundrio, a corrente que circula em um enrolamento
primrio com sua posio vetorial substancialmente mantida, em uma
proporo definida, conhecida e adequada. Os transformadores de corrente,
tambm chamados de transformadores de instrumentos, utilizados em
aplicaes de alta tenso (situaes essas onde circulam, frequentemente,
altas correntes), fornecem correntes suficientemente reduzidas e isoladas do
circuito primrio de forma a possibilitar o seu uso por equipamentos de
medio, controle e proteo. Como qualquer outro transformador, um
transformador de corrente tem um enrolamento primrio, um ncleo magntico
e um enrolamento secundrio. A corrente alternada que flui nas primrias
produz um campo magntico no ncleo, que ento induz uma corrente no
enrolamento do circuito secundrio. O principal objetivo do projeto
transformador de corrente o de assegurar que os circuitos primrio e
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secundrio estejam acoplados de forma eficiente, de modo que a corrente
secundria tem uma relao exata para o corrente primria.
Os designs mais comuns do
enrolado muitas vezes em torno de um anel de ao
a ser medido. Circuito primrio do TC, portanto, consiste em um nico 'virar' do
maestro, com um derivado de muitas centenas de voltas.
primrio pode ser uma parte permanente do transformador de corrente, com
uma barra de cobre pesado para transportar corren
magntico. Do tipo janela transformadores de corrente so tambm
que podem ter os cabos do circuito correr no meio de uma abertura no centro
para fornecer um nico turno enrolamento primrio.
passar por uma tomografia computadorizada no so centrados na circular (ou
oval) de abertura, pequenas imprecises podem ocorrer.
Formas e tamanhos podem variar de acordo com o usurio final ou o fabricante
do quadro. Exemplos tpicos de baixa tenso r
transformadores de corrente so o tipo de toque ou caso plstico moldado.
Transformadores de corrente
porcelana para isol-los da terra.
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acoplados de forma eficiente, de modo que a corrente
secundria tem uma relao exata para o corrente primria.
Os designs mais comuns do TC so constitudos por um comprimento de fio
enrolado muitas vezes em torno de um anel de ao silcio passando
ircuito primrio do TC, portanto, consiste em um nico 'virar' do
maestro, com um derivado de muitas centenas de voltas. O enrolamento
primrio pode ser uma parte permanente do transformador de corrente, com
uma barra de cobre pesado para transportar corrente atravs do ncleo
Do tipo janela transformadores de corrente so tambm
que podem ter os cabos do circuito correr no meio de uma abertura no centro
para fornecer um nico turno enrolamento primrio. Quando condutores de
passar por uma tomografia computadorizada no so centrados na circular (ou
oval) de abertura, pequenas imprecises podem ocorrer.
Formas e tamanhos podem variar de acordo com o usurio final ou o fabricante
Exemplos tpicos de baixa tenso razo simples de medio de
transformadores de corrente so o tipo de toque ou caso plstico moldado.
ransformadores de corrente de alta tenso so montados e
los da terra. Algumas configuraes do TC tm
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acoplados de forma eficiente, de modo que a corrente
por um comprimento de fio
silcio passando no circuito
ircuito primrio do TC, portanto, consiste em um nico 'virar' do
O enrolamento
primrio pode ser uma parte permanente do transformador de corrente, com
te atravs do ncleo
Do tipo janela transformadores de corrente so tambm comuns,
que podem ter os cabos do circuito correr no meio de uma abertura no centro
Quando condutores de
passar por uma tomografia computadorizada no so centrados na circular (ou
Formas e tamanhos podem variar de acordo com o usurio final ou o fabricante
azo simples de medio de
transformadores de corrente so o tipo de toque ou caso plstico moldado.
lta tenso so montados em buchas de
Algumas configuraes do TC tm
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deslizamento em torno da bucha de um transformador de alta tenso ou
disjuntor, que mantm automaticamente os centros de condutores dentro da
janela do TC.
4.1. Tipos Construtivos
So classificados de acordo com o modelo do enrolamento primrio, j
que o enrolamento secundrio constitudo por uma bobina com
derivaes (taps) ou mltiplas bobinas ligadas em srie e/ou paralelo,
para se obter diferentes relaes de transformao. Quanto aos tipos
construtivos, os TCs mais comuns, so:
Tipo enrolado: Este tipo usado quando so requeridas relaes
de transformaes inferiores a 200/5. Possui isolao limitada e
portanto, se aplica em circuitos at 15kV. Ocorre quando o
enrolamento primrio, constitudo de uma ou mais espiras,
envolve mecanicamente o ncleo do transformador.
Tipo barra: Transformador de corrente cujo enrolamento primrio
constitudo por uma barra, montada permanentemente atravs
do ncleo do transformador.
Tipo bucha: Consiste de um ncleo em forma de anel (ncleo
toroidal), com enrolamentos secundrios. O ncleo fica situado ao
redor de uma bucha de isolamento, atravs da qual passa um
condutor, que substituir o enrolamento primrio. Este tipo de TC
comumente encontrado no interior das buchas de disjuntores,
transformadores, religadores, etc..
Tipo janela: Tem construo similar ao tipo bucha, sendo que o
meio isolante entre o primrio e o secundrio o ar. O
enrolamento primrio o prprio condutor do circuito, que passa
por dentro da janela.
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Tipo Ncleo Dividido: Transformador de corrente tipo janela em
que parte do ncleo separvel ou basculante, para facilitar o
enlaamento do condutor primrio.
Tipo com vrios enrolamentos primrios: Transformador de
corrente com vrios enrolamentos primrios distintos e isolados
separadamente.
Tipo com vrios ncleos: Transformador de corrente com vrios
enrolamentos secundrios isolados separadamente e montados
cada um em seu prprio ncleo, formando um conjunto com um
nico enrolamento primrio, cujas espiras (ou espira) enlaam
todos os secundrios.
5. BOBINAS ROGOSWSKI
Uma bobina de Rogowski, em homenagem a Walter Rogowski, um
dispositivo eltrico para medir a corrente alternada (AC) ou corrente de pulsos
de alta velocidade. constituda por uma hlice de bobina de fio com o
chumbo de um fim de retornar pelo centro da bobina para a outra extremidade,
de modo que ambos os terminais esto na mesma extremidade da bobina. O
conjunto todo ento envolto em torno da reta do condutor cuja corrente est a
ser medido. Uma vez que a tenso que induzida na bobina proporcional
taxa de variao (derivada) da corrente no condutor em linha reta, a sada da
bobina de Rogowski geralmente conectada a uma tomada eltrica (ou
eletrnico) integrador circuito, a fim de fornecer uma sada sinal que
proporcional corrente.
Uma das vantagens de uma bobina de Rogowski sobre outros tipos de
transformadores de corrente que ela pode ser feita aberta e flexvel,
permitindo que seja envolvida em torno de um condutor vivo sem perturb-la.
Uma vez que uma bobina de Rogowski tem um ncleo de ar, em vez de um
ferro do ncleo, que tem uma baixa indutncia e pode responder a mudana de
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correntes rpidas. Tambm, porque no tem nenhum ncleo de ferro para
saturar, altamente linear, mesmo quando submetido a grandes correntes,
como os usados em transmisso de energia eltrica, solda, ou aplicaes de
pulso. Uma bobina de Rogowski formado corretamente, com enrolamentos
igualmente espaados, praticamente imune a interferncias
eletromagnticas.
Mais recentemente, sensores baixo custo com base no princpio de uma bobina
de Rogowski tm sido desenvolvidos. Estes sensores compartilham os
princpios de uma bobina de Rogowski, a medio da taxa de variao da
corrente usando um transformador sem ncleo magntico. A diferena entre a
bobina de Rogowski tradicional que o sensor pode ser fabricado usando uma
bobina planar ao invs de uma bobina toroidal. Para rejeitar a influncia de
condutores de fora da regio de medio de sensores, estes sensores planares
Rogowski atuais usam uma geometria da bobina concntrica em vez de uma
geometria toroidal de limitar a resposta a campos externos. A principal
vantagem do atual Rogowski sensor planar que o enrolamento de preciso
que uma exigncia, pode ser conseguida utilizando placa de circuito impresso
baixo custo de fabricao.