O ABC das pinças amperimétricas

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1 O ABC das pinças amperimétricas O que é uma pinça amperimétrica e o que pode fazer? Que medições podem ser realizadas com uma pinça amperimétrica? Como pode tirar o máximo proveito de uma pinça amperimétrica? Que pinça amperimétrica é a mais indicada para o ambiente em que vai ser utilizada? As respostas a estas questões encontram-se nesta nota de aplicação. Nota de aplicação Com os avanços tecnológicos em equipamento eléctrico e circuitos surgem novos desafios para electricistas e técnicos. Estes avanços não só requerem a maior capacidade do equipamento de teste actual, como também mais competências por parte das pessoas que o utilizam. Um electricista que tenha um bom conhecimento de base dos aspectos fundamentais da utilização de equipamento de teste estará melhor preparado para os actuais desafios de teste e de detecção de avarias. A pinça amperimétrica é uma importante ferramenta habitualmente presente nas caixas de ferramentas de electricistas e técnicos. Uma pinça amperimétrica é um aparelho de teste eléctrico que combina um voltímetro com um medidor de corrente tipo pinça. Tal como o multímetro, a pinça amperimétrica evoluiu do período analógico para o mundo digital actual. Originalmente criada como uma ferramenta de teste com um único objectivo para electricistas, os modelos actuais dispõem de outras funções de medição incorporadas, são mais precisos e, no caso de alguns instrumentos, dispõem de algumas funcionalidades de medição muito específicas. As pinças amperimétricas actuais dispõem das funções mais básicas de um multímetro digital (DMM), mas com a funcionalidade adicional de um transformador de corrente incorporado no produto. A acção de transformador A capacidade das pinças amperimétricas de medir grandes correntes AC baseia-se numa simples acção de transformador. Seleccione a pinça amperimétrica com a classificação que se adequa ao ambiente eléctrico no qual vai trabalhar e considere também a resolução e precisão de medição necessárias para os seus procedimentos de teste. Quando coloca as pinças do instrumento ou a sonda de corrente flexível à volta de um condutor com corrente AC, essa corrente é acumulada através das pinças, tal como acontece com o núcleo de ferro de um transformador, para um enrolamento secundário que está ligado no shunt da entrada da pinça. A quantidade de corrente que chega à entrada da pinça é muito inferior devido à relação do número de enrolamentos secundários em comparação com o número de enrolamentos principais enrolados à volta do núcleo. Habitualmente, os enrolamentos principais são representados pelo condutor à volta do qual as pinças ou a sonda de corrente flexível estão colocadas. Se os enrolamentos secundários forem constituídos por 1000 enrolamentos, então a corrente secundária corresponde

2 a 1/1000 da corrente a circular nos primários ou, neste caso, no condutor a ser medido. Portanto, 1 A de corrente no condutor a ser medido produziria 0,001 A ou 1 ma de corrente na entrada da pinça. Com esta técnica, é possível medir facilmente correntes muito maiores aumentando o número de voltas nos enrolamentos secundários. As pinças amperimétricas medem qualquer combinação de corrente alternada e contínua. Isto inclui DC estática e DC dinâmica, bem como AC. As pinças amperimétricas medem a corrente DC utilizando sensores de efeito Hall. Um sensor de efeito Hall, basicamente uma espécie de magnetómetro, pode detectar a força de um fluxo magnético aplicado. Ao contrário de um simples sensor indutivo, o sensor de efeito Hall funcionará quando o fluxo magnético aplicado for estático e não dinâmico. Também funcionará para campos magnéticos alternados. Uma pinça amperimétrica contém um núcleo de ferro toroidal que se une a um chip de efeito Hall no intervalo entre as duas metades, para que o fluxo magnético induzido do fio com corrente seja canalizado através do mesmo. Seleccionar a sua pinça amperimétrica A aquisição de uma pinça amperimétrica não só envolve a consulta de especificações, mas também de funcionalidades, funções e a consideração do valor geral representado no design da pinça e no cuidado dedicado à sua produção. A fiabilidade, especialmente em condições exigentes, é mais importante do que nunca. Os engenheiros de design da Fluke empenham-se em construir ferramentas de teste robustas, não apenas a nível electrónico, mas também mecânico. Antes de as pinças amperimétricas Fluke estarem preparadas para serem colocadas nas caixas de ferramentas, são submetidas a rigorosos testes e programas de avaliação. A segurança do utilizador deve ser uma consideração principal na selecção de uma pinça amperimétrica ou de qualquer outro equipamento de teste eléctrico. A Fluke não só concebe pinças Utilize uma sonda de corrente flexível para situações como esta, em que grandes condutores dificultam a utilização das pinças de uma pinça amperimétrica. amperimétricas de acordo com as normas eléctricas mais recentes como também testa cada pinça amperimétrica individualmente e classifica-a de acordo com laboratórios de teste certificados como CSA, TÜV, etc. Apenas com estas certificações pode ter a certeza de que o aparelho de teste eléctrico cumpre estas normas de segurança. Utilizar uma pinça amperimétrica em situações complicadas É frequente os electricistas e os técnicos precisarem de utilizar pinças amperimétricas em situações pouco ideais. As pinças amperimétricas mais recentes utilizam a sonda de corrente flexível iflex para permitir a medição em locais de difícil acesso como, por exemplo, quadros pequenos, fios agrupados ou condutores não convencionais. Quando é necessário medir de forma remota, uma pinça amperimétrica com um display removível (como a Fluke 381) possibilita a visualização do display numa localização diferente daquela em que a medição está a ser efectuada. Isto significa que é possível uma pessoa, e não duas, efectuar a medição sozinha. Resolução, dígitos e contagens A resolução refere-se à minuciosidade da medição que a pinça pode realizar. Se souber qual é a resolução de uma pinça, pode determinar se é possível ver uma pequena alteração no sinal medido. Por exemplo, se a pinça amperimétrica tiver uma resolução de 0,1 A numa gama de 600 A, é possível observar uma alteração de 0,1 A ao efectuar uma leitura de 100 A. 2 Fluke Corporation O ABC das pinças amperimétricas

3 Não compraria uma régua com intervalos de medição de uma polegada se tivesse de medir valores de um quarto de polegada. Da mesma forma, tem de seleccionar uma pinça que possa apresentar a resolução que precisa de ver nas suas medições. Precisão A precisão corresponde ao maior erro admissível que ocorrerá em condições operacionais específicas. Por outras palavras, é uma indicação da proximidade da medição apresentada pela pinça do valor real do sinal a ser medido. A precisão de uma pinça amperimétrica é habitualmente expressa numa percentagem de leitura. Uma precisão de leitura de 3% significa que, para uma leitura de 100 A apresentada, o valor real da corrente poderia estar entre os 97,0 e os 103,0 A. As especificações também podem incluir um intervalo de dígitos adicionado à especificação de precisão básica. Isto indica em quanto o dígito mais à direita no display pode variar. Assim, o anterior exemplo de precisão pode ser representado como ± (2% + 2). Sendo assim, para uma leitura de 100,0 A apresentada, poderia estimar-se que a corrente real estaria entre os 97,8 e os 102,2 A. Factor de crista Com o aumento das fontes de alimentação electrónicas, a corrente utilizada a partir do sistema de distribuição eléctrica actual já não é constituída por ondas sinusoidais puras de 60 ou 50 ciclos. Estas correntes tornaram-se bastante distorcidas, devido ao conteúdo harmónico que estas fontes de alimentação geram. No entanto, os componentes do sistema de energia eléctrica, como fusíveis, barras condutoras, condutores e elementos térmicos de disjuntores são classificados em corrente RMS porque a sua principal limitação está relacionada com a dissipação de calor. Se pretendemos verificar um circuito eléctrico quanto a sobrecarga, temos de medir a corrente RMS e comparar o valor medido com o valor de classificação do componente em questão. Assim, o equipamento de teste actual deve ser capaz de medir de forma precisa o valor True RMS de um sinal, independentemente do quão distorcido o sinal possa ser. O factor de crista é a simples relação do valor de pico de um sinal relativamente ao seu valor de RMS. Para uma onda sinusoidal AC, o factor de crista seria de 1,414. No entanto, um sinal que tenha um impulso muito nítido geraria uma relação, ou um factor de crista, elevado. Dependendo da amplitude do impulso e da sua frequência, pode observar factores de crista de 10:1 ou superiores. Em sistemas de distribuição de energia reais, é raro observarem-se factores de crista superiores a 3:1. Portanto, como pode ver, o factor de crista é uma indicação da distorção de um sinal. A especificação do factor de crista apenas se encontra nas especificações de pinças com capacidade para efectuar medições de True RMS. Indica quanta distorção um sinal pode ter e ainda assim ser medido dentro da especificação de precisão da pinça. A maioria das pinças amperimétricas com leitura True RMS têm especificações de factor de crista de 2:1 ou 3:1. A classificação abrangerá a maioria das aplicações eléctricas. Medir corrente Uma das medições mais básicas de uma pinça amperimétrica é a medição de corrente. As pinças amperimétricas actuais podem medir corrente AC e DC. As medições de corrente habituais são efectuadas em vários circuitos de ramais de um sistema de distribuição eléctrica. Determinar a quantidade de corrente que circula em vários circuitos de ramais é uma tarefa bastante comum para um electricista. Como efectuar medições de corrente 1. Seleccione Amperes AC ou Amperes DC. 2. Abra as pinças da pinça amperimétrica e feche as pinças em torno de um único condutor. (Se estiver a medir corrente AC, pode mudar para a configuração iflex e utilizar uma sonda de corrente flexível.) 3. Observe a leitura no display. Ao efectuar medições de corrente ao longo de um curso de circuito de ramais, pode detectar facilmente em que medida cada carga ao longo do circuito de ramais está a utilizar do sistema de distribuição. Quando um disjuntor ou um transformador aparente estar a sobreaquecer, o melhor é efectuar uma medição de corrente no circuito de ramais para determinar a corrente de carga. No entanto, certifique-se de que está a utilizar uma pinça com leitura True RMS para poder obter uma medição precisa do sinal que está a aquecer os componentes. A pinça comum não proporcionará uma leitura True RMS caso a corrente e a tensão sejam não sinusoidais devido a cargas não lineares. Medir tensão Outra função comum de uma pinça amperimétrica é a medição da tensão. As pinças amperimétricas actuais podem medir a tensão AC e DC. A tensão AC é habitualmente criada por um gerador e depois distribuída através de um sistema de distribuição eléctrica. O trabalho do electricista consiste em conseguir efectuar medições no sistema para isolar e corrigir problemas eléctricos. Outra medição de tensão comum consistiria no teste de tensão de baterias. Neste caso, mediria a corrente contínua ou a tensão DC. Normalmente, a verificação do fornecimento adequado de tensão é o primeiro aspecto a ser medido durante a detecção de avarias de um circuito. Caso não haja tensão presente, ou se esta for demasiado elevada ou demasiado reduzida, primeiro deve resolver-se o problema de tensão antes de prosseguir com a avaliação. A capacidade de uma pinça amperimétrica de medir a tensão AC pode ser afectada pela frequência do sinal. A maioria das pinças amperimétricas pode medir com precisão tensões AC entre 50 Hz e 500 Hz, mas a largura de banda de medição de AC de um multímetro digital poderá ser de 100 khz ou superior. Isto explica o porquê de a leitura da mesma tensão com uma pinça amperimétrica e com um multímetro poder ter resultados muito diferentes. O multímetro digital permite mais tensão de alta 3 Fluke Corporation O ABC das pinças amperimétricas

4 frequência no circuito de medição, enquanto a pinça amperimétrica filtra alguma da tensão contida no sinal acima da largura de banda da pinça. No processo de detecção de avarias num accionador de frequência variável (VFD, Variable Frequency Drive), a largura de banda de entrada de uma pinça pode revelar-se muito importante para a obtenção de uma leitura significativa. Devido ao elevado conteúdo harmónico no sinal proveniente de um VFD para o motor, um DMM mediria a maioria do conteúdo de tensão (consoante a respectiva largura de banda de entrada). A medição da saída de tensão de um VFD é agora uma medição comum. Um motor ligado a um VFD apenas responde ao valor médio do sinal e, para medir essa energia, a largura de banda de entrada da pinça amperimétrica tem de ser mais estreita do que a correspondente do DMM. As pinças amperimétricas Fluke 375, 376 e 381 foram especificamente concebidas para procedimentos de teste e de detecção de avarias em VFD. Como efectuar medições de tensão 1. Seleccione Volts AC ( ) ou Volts DC ( ), conforme desejado. 2. Ligue a sonda de teste preta ao conector de entrada COM. Ligue a sonda de teste vermelha ao conector de entrada V. 3. Toque com as pontas da sonda no circuito numa fonte de alimentação ou carga (paralelamente ao circuito). 4. Observe a leitura e certifique-se de que tem em conta a unidade de medição. 5. (Opcional) Prima o botão HOLD (Retensão) para reter a leitura no display. Agora, pode remover a pinça do circuito com tensão e, em seguida, ler o display, quando estiver livre de perigo eléctrico. Ao efectuar uma medição de tensão no disjuntor e depois na entrada da carga nesse mesmo disjuntor, pode determinar a queda de tensão que ocorre nos fios que os ligam. Uma queda de tensão significativa na carga pode afectar o funcionamento correcto da carga. Medir resistência A resistência é medida em ohms (Ω). Os valores de resistência podem variar muito, de uns poucos miliohms (mω) em resistências de contactos a milhares de milhões de ohms em isoladores. A maioria das pinças amperimétricas medem até 0,1 Ω. Quando a resistência medida é superior ao limite superior da pinça, ou o circuito está aberto, "OL" é apresentado no display da pinça. As medições de resistência têm de ser efectuadas com o circuito desligado da alimentação ou, caso contrário, a pinça ou o circuito podem ser danificados. Algumas pinças amperimétricas proporcionam protecção em modo de ohms em caso de contacto acidental com tensões. O nível de protecção pode variar muito entre diferentes modelos de pinças amperimétricas. Como efectuar medições de resistência 1. Desligue o circuito da alimentação. 2. Seleccione a resistência (W). 3. Ligue a sonda de teste preta ao conector de entrada COM. Ligue a sonda de teste vermelha ao conector de entrada VW. 4. Ligue as pontas da sonda ao componente ou parte do circuito cuja resistência pretende determinar. 5. Observe a leitura no display da pinça Certifique-se de que a alimentação está desligada antes de efectuar medições de resistência. Continuidade A continuidade é um teste de resistência de aprovação/falha rápido que distingue entre um circuito aberto e fechado. Uma pinça amperimétrica com um sinal sonoro de continuidade permite-lhe efectuar muitos testes de continuidade rápida e facilmente. A pinça emite um sinal sonoro quando detecta um circuito fechado, por isso não é necessário olhar para a pinça enquanto efectua o teste. O nível de resistência necessária para accionar o sinal sonoro varia de pinça para pinça. A definição de resistência comum para accionar o sinal sonoro é uma leitura inferior a ohms. Funções especiais Uma função de medição relativamente comum é a leitura da frequência de uma forma de onda de corrente AC. Com as pinças da pinça amperimétrica (ou uma sonda de corrente flexível) à volta de um condutor com corrente AC, ligue a função Frequency (Frequência) e o display da pinça indicará a frequência do sinal que circula no condutor. Trata-se de uma medição muito útil quando tenta detectar problemas harmónicos num sistema de distribuição eléctrica. Outra funcionalidade que pode ser encontrada em alguns modelos de pinças amperimétricas é o armazenamento de leituras mín., máx. e médias. Quando esta funcionalidade está activa, cada leitura efectuada pela pinça amperimétrica é comparada com quaisquer leituras previamente guardadas. Se a nova leitura for superior à leitura guardada na memória como a leitura mais elevada, esta substitui-a como a mais elevada. A mesma comparação é feita com a leitura mais baixa e a nova leitura, se for mais baixa, substitui a leitura guardada na memória. A leitura média é actualizada da mesma forma. Enquanto a funcionalidade de leitura mín., máx. e média Medir corrente com uma pinça amperimétrica. 4 Fluke Corporation O ABC das pinças amperimétricas

5 estiver activa, todas as leituras são processadas desta forma. Assim, após um período de tempo, pode optar por apresentar no display qualquer um destes valores na memória e determinar a leitura mais elevada, mais baixa e média durante um período de tempo específico. No passado, nem todas as pinças amperimétricas podiam medir a capacitância. A funcionalidade de medição de capacitância está agora a ser incorporada no conjunto de funcionalidades de muitas pinças amperimétricas novas. Esta funcionalidade é útil para verificar condensadores de arranque de motores ou para medir valores de condensadores electrolíticos incorporados em controladores, fontes de alimentação ou transmissões de motores. Para electricistas que lidam com motores no trabalho, a possibilidade de registar a quantidade de corrente utilizada por um motor durante o arranque pode ser um indicador importante sobre o estado e a carga do motor. As pinças amperimétricas Fluke 374, 375, 376 e 381 incluem medição de corrente de arranque no seu conjunto de funcionalidades. Depois de colocar as pinças (ou a sonda de corrente flexível) à volta de um dos cabos de entrada do motor, active o modo de arranque. Em seguida, ligue o motor. O display da pinça amperimétrica indicará a corrente máxima utilizada pelo motor nos primeiros 100 milissegundos do respectivo ciclo de arranque. Esta tecnologia patenteada de medição da corrente de arranque filtra o ruído e regista a corrente de arranque do motor tal como encarada pela protecção do circuito. Segurança da pinça amperimétrica A realização de medições seguras começa pela selecção da pinça adequada para o ambiente em que a pinça será utilizada. Depois de a pinça adequada ter sido seleccionada, deve utilizá-la seguindo bons procedimentos de medição. A Comissão electrotécnica internacional estabeleceu novas normas de segurança para trabalhar em sistemas eléctricos. Certifique-se de que utiliza uma pinça que cumpra a categoria IEC e a classificação de tensão aprovada para o ambiente em que a medição será efectuada. Por exemplo, se uma medição de tensão tiver de ser efectuada num painel eléctrico com 480 V, tem de ser utilizada uma pinça com a classificação de Categoria III 600 V ou superior. Isto significa que o circuito de entrada da pinça foi concebido para suportar transitórios de tensão habitualmente encontrados neste ambiente sem ferir o utilizador. 1 Seleccionar uma pinça com esta classificação, que também possui certificação CSA ou TÜV, significa que a pinça não só foi concebida de acordo com as normas IEC, mas também que foi testada de forma independente e que cumpre essas normas. (Consulte a barra lateral de teste independente). Muitas novas pinças amperimétricas possuem agora uma classificação de segurança de Categoria IV, o que significa que podem ser utilizadas no exterior e em ambientes subterrâneos, onde os relâmpagos e os transitórios são mais frequentes e manifestam níveis mais elevados. Lista de verificação de segurança Utilize uma pinça que cumpra as normas de segurança aceites para o ambiente em que será utilizada. Verifique os cabos de teste ou a sonda de corrente flexível quanto a danos físicos antes de efectuar uma medição. Utilize a pinça para verificar a continuidade dos cabos de teste ou da sonda de corrente flexível. Utilize apenas cabos de teste com conectores blindados e protecção para os dedos. Utilize apenas pinças com conectores de entrada encastrados. Certifique-se de que a pinça está em boas condições operacionais. Desligue sempre o cabo de teste "quente" (vermelho) primeiro. Não trabalhe sozinho. Utilize uma pinça que tenha protecção contra sobrecarga na função ohms. 1 Consulte O ABC de segurança do multímetro (código ) para saber mais acerca da norma IEC-1010 e como se aplica à utilização do multímetro. Funcionalidades especiais As seguintes funcionalidades e funções especiais podem facilitar a utilização da sua pinça amperimétrica. Os indicadores (ícones do display) mostram-lhe rapidamente o que está a ser medido (volts, ohms, etc.) A funcionalidade de retenção de dados permite-lhe reter a leitura no display. O funcionamento com um interruptor facilita a selecção de funções de medição. A protecção contra sobrecargas evita danos na pinça e no circuito e protege o utilizador. A selecção automática de gama selecciona automaticamente a gama de medição apropriada. A selecção manual de gama permite-lhe bloquear uma gama específica para medições repetidas. O indicador de bateria fraca avisa-o quando a bateria precisa de ser trocada. O display com retroiluminação, caracteres fáceis de ler e ângulo de visão amplo facilita a observação de leituras em qualquer tipo de condições. O display com retroiluminação define automaticamente a gama de medição correcta para que não precise de alterar as posições de troca enquanto efectua uma medição. O filtro passa-baixo integrado e o processamento do sinal avançado permitem a utilização em ambientes eléctricos "ruidosos" enquanto proporciona leituras estáveis. 5 Fluke Corporation O ABC das pinças amperimétricas

6 R Glossário Forma de onda não sinusoidal. Uma forma de onda distorcida como uma série de impulsos, ondas quadradas, ondas triangulares, ondas em dente de serra e picos. Forma de onda sinusoidal. Uma onda sinusoidal pura sem distorção. Indicador. Um símbolo ou um ícone que identifica uma gama seleccionada ou uma função Pinça analógica. Um instrumento que utiliza um movimento de agulha para apresentar o valor de um sinal medido. O utilizador analisa a leitura com base na posição da agulha numa escala. Pinça com capacidade de resposta média. Uma pinça que mede formas de onda sinusoidais de forma precisa enquanto mede formas de onda não sinusoidais com menor precisão. Pinça True RMS. Uma pinça que pode pedir de forma precisa formas de onda sinusoidais e não sinusoidais. Precisão. Proximidade da medição apresentada do valor real do sinal a ser medido. Expressa como uma percentagem de leitura ou como uma percentagem de escala total. Resolução. O grau em que as pequenas alterações numa medição podem ser apresentadas. RMS. O valor DC equivalente de uma forma de onda AC. O processo de teste independente é a chave para a conformidade de segurança Como pode saber se está a adquirir uma pinça genuína CAT III ou CAT II? Infelizmente, nem sempre é fácil. Os fabricantes podem certificar as suas pinças como CAT II ou CAT III sem qualquer verificação independente. Tenha em atenção afirmações como "Concebida de acordo com a especificação..." A intenção dos fabricantes nunca é um substituto do processo de teste independente. A IEC (International Electrotechnical Commission, Comissão electrotécnica internacional) desenvolve e propõe normas, mas não é responsável por impor a aplicação dessas normas. Procure um símbolo e um número de referência de um laboratório de testes independente, como o UL, CSA ou TÜV, ou outra agência de aprovação reconhecida. Tal símbolo apenas pode ser utilizado se o produto concluiu o processo de teste com êxito de acordo com a norma da agência, que se baseia em normas nacionais e internacionais. A UL 3111, por exemplo, baseia-se na 2.ª edição da norma IEC Num mundo imperfeito, esta é a melhor forma de se assegurar de que o multímetro que seleccionou foi realmente testado quanto a segurança. Fluke LISTED 950 Z N10140 As classificações e capacidades das Preferred size pinças variam consoante o fabricante. Antes de trabalhar com uma nova pinça, certifique-se de que se familiariza com todos os procedimentos operacionais e de segurança relativos a tal pinça e que são disponibilizados no manual do utilizador. Agilent N10140 Minimum size N10149 N10149 Preferred size Minimum size Fluke. Keeping your world up and running. NOTE: The N number is different for each company Fluke Ibérica, S.L. Pol. Ind. Valportillo C/ Valgrande, 8 Ed. Thanworth II Nave B1A Alcobendas Madrid Tel: Fax: info.es@fluke.com Web: AresAgante, Lda. Rua Caminho das Congostas, Porto Tel: Fax: geral@aresagante.pt Web: Copyright 2014 Fluke Corporation. Todos os direitos reservados. Impresso na Holanda 11/2014. Os dados fornecidos estão sujeitos a alterações sem aviso prévio. Pub_ID : por A modificação deste documento não é permitida sem a autorização escrita da Fluke Corporation. 6 Fluke Corporation O ABC das pinças amperimétricas