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Energia Elétrica
Energia é a propriedade de um sistema que lhe permite realizar trabalho. Pode ter várias
formas: potencial, mecânica, química, eletromagnética, elétrica, calorífica etc. Estas várias
formas de energia podem ser transformadas umas nas outras. Energia elétrica - ou eletricidade
- é como se designa os fenômenos em que estão envolvidas cargas elétricas.
A energia elétrica pode ser gerada através de fontes renováveis de energia (a força das águas e
dos ventos, o sol e a bio massa), ou não renováveis (combustíveis fósseis e nucleares). No
Brasil, onde é grande o número de rios, a opção hidráulica é mais utilizada e apenas uma
pequena parte é gerada a partir de combustíveis fósseis, em usinas termelétricas.
As partes principais de uma usina hidrelétrica são: a barragem, que tem por função barrar o
fluxo da água do rio, represando-a; as comportas e o vertedouro, que controlam o nível de
água da represa, evitando transbordamentos; e a casa de máquinas, onde estão instalados os
geradores acoplados às turbinas. Para transformar a força das águas em energia elétrica, a
água represada passa por dutos forçados, gira a turbina que, por estar interligada ao eixo do
gerador, faz com que este entre em movimento, gerando a eletricidade.
No caso de uma usina termelétrica, temos uma combinação diferente: a fornalha, onde é
queimado o combustível; a caldeira, onde é produzido o vapor. O jato de vapor extraído da
caldeira gira a turbina que, por estar interligada ao eixo do gerador faz com que este entre em
movimento, gerando a eletricidade.
Após gerada, a energia elétrica é conduzida por cabos até a subestação elevadora, onde
transformadores elevam o valor da tensão elétrica (voltagem). Assim, nesse nível de tensão, a
eletricidade pode percorrer longas distâncias pelas linhas de transmissão, sustentadas por
torres, até chegar nas proximidades de onde será consumida.
Antes disso, porém, a energia elétrica precisa ser reduzida na através de transformadores. Em
seguida, ela percorre as linhas de distribuição, que podem ser subterrâneas ou, como é mais
comum, aéreas. Finalmente, a energia elétrica é transformada novamente para os padrões de
consumo local e chega às residências e outros estabelecimentos. Onde a concessionária de
energia é responsável pela entrega da eletricidade até a conexão dos fios de sua rede com as
instalações do cliente, geralmente no poste particular.
O consumo de energia elétrica depende da potência do aparelho utilizado e do tempo de
utilização. Os aparelhos elétricos possuem diferentes potências, consumindo mais ou
menos energia. Essa potência é expressa em watts (W) e deverá estar mencionada na placa de
identificação afixada no próprio aparelho. É o medidor de energia elétrica (relógio de luz) que
registra o consumo de eletricidade. Mensalmente a concessionária de energia realiza a leitura
do consumo, para que seja emitida a fatura (conta) de energia elétrica. O consumo do mês é
calculado com base na diferença entre a leitura obtida no mês em curso e a do mês anterior.
Qualidade da Energia Elétrica
PAF/2003
A Qualidade da Energia tem sido alvo de muito interesse e discussão nos últimos
anos. Cada vez mais as Industriais tem descoberto que sua capacidade de
produção é influênciada por uma grande variedade de contaminações na corrente
e na tensão elétrica onde de acordo com a IEEE 1159 temos 4 categorias a
considerar:
Transientes , variações de curta duração , variações de
longa
duração
e distorção da forma de onda, sendo:
Transientes
São fenomenos que variam de nanosegundos a 3 milisegundos, sendo que estes
fenomenos podem ser os chamados impulsos(curta duração) os quais não
provocam alteração na forma de onda ou os oscilatórios que provocam alguma
alteração na forma de onda.
Distorção harmônica
é um tipo específico de energia , que é normalmente associada com a crescente
quantidade de acionamentos estáticos, fontes chaveadas e outros dispositivos
eletrônicos nas plantas industriais e que acabam por provocar alterações na
Frequência fundamental (60Hz).
O que são harmônicas?
Tecnicamente, uma harmônica é a componente de uma onda periódica cuja
frequência é um múltiplo inteiro da frequência fundamental (no caso da energia
elétrica, de 60 Hz). A melhor maneira de explicar isto é com a ilustração abaixo.
Nesta figura, vemos duas curvas: uma onda senoidal normal, representando uma
corrente de energia "limpa", e outra onda menor, representando uma harmônica.
Esta segunda onda menor representa a harmônica de quinta ordem, o que significa
que sua frequência é de 5 x 60 Hz, ou 300 Hz.
Na segunda ilustração, vemos como ficaria a soma das duas curvas. Esta curva
resultante mostra bem a distorção harmônica da curva de tensão, que deixa de ser
perfeitamente senoidal na presença de harmônicas.
PAF/2003
Harmônicas são um fenômeno contínuo, e não devem ser confundidas com
fenômenos de curta duração que duram apenas alguns ciclos. Transientes,
disturbações elétricas, picos de sobre-tensão e sub-tensão não são harmônicas.
Estas perturbações no sistema podem normalmente ser eliminadas com a
aplicação de filtros de linha (supressores de transientes). Entretanto, estes filtros de
linha não reduzem ou eliminam correntes e tensões harmônicas.
Nota: No século XIX, o matemático francês Joseph Forier demonstrou que toda
função periódica pode ser decomposta em uma função constante e uma série
(possivelmente infinita) de funções senoidais. O primeiro termo da série tem
frequência igual à da função original, e é chamado commponente fundamental(1a
Harmônica) , as demais têm frequências múltiplos inteiros da fundamental,
recebendo o nome de 2a. harmônica , 3a harmônica, e assim sucessivamente, de
acordo com o fator de multiplicidade.
3.Quem causa as distorções harmônicas?
Uma carga é dita linear quando responde de maneira proporcional à excitação da
fonte externa, mantendo um comportamento senoidal em resposta ao estímulo
também senoidal da alimentação da rede.Dessa forma, temos como principais
causadores das harmônicas os inversores de frequência, variadores de velocidade,
acionamentos tiristorizados, acionamentos em corrente contínua ou alternada,
retificadores, "drives", conversores eletrônicos de potência, fornos de indução e a
arco, "no-breaks" e máquinas de solda a arco dispositivos estes que atuam
diretamente sobre a forma de onda da corrente de carga.
A natureza e a magnitude das harmônicas geradas por cargas não-lineares
dependem de cada carga especificamente, mas algumas generalizações podem ser
feitas:
As harmônicas que causam problemas geralmente são as harmônicas
ímpares.
A magnitude da corrente harmônica diminui com o aumento da frequência.
PAF/2003
4.Quais são as consequências de altos níveis de distorções harmônicas?
Da mesma forma que a pressão alta pode causar sérios problemas ao corpo
humano, altos níveis de harmônicas numa instalação elétrica podem causar
problemas para as redes de distribuição das concessionárias, para a própria
instalação, e para os equipamentos ali instalados. As consequências podem chegar
até à parada total de equipamentos importantes de produção.
Segue uma lista de consequências que as harmônicas podem causar em diversos
tipos de equipamentos:
Capacitores: sobrecorrente , queima de fusíveis, e redução da vida útil.
Motores: aquecimento e consequente redução da vida útil, e impossibilidade
de atingir potência máxima.
Fusíveis/Disjuntores: operação falsa/errônea, e componentes danificados.
Transformadores: aumento de perdas no ferro e no cobre, e redução de
capacidade.
Medidores: medições errôneas e possibilidade de maiores contas.
Telefones: interferências.
Erros nos medidores de energia.
Acionamentos/Fontes: operações errôneas devido a múltiplas passagens
por zero, e falha na comutação de circuitos.
Distorções harmônicas causam muitos prejuízos a plantas industriais. De maior
importância, são a perda de produtividade, e de vendas devido a paradas de
produção cusadas por inesperadas falhas em motores, acionamentos, fontes ou
simplesmente "repicar" de disjuntores.
5.O que os capacitores para correção de fator de potência tem a ver com as
harmônicas?
Em uma planta industrial que contenha capacitores para correção de fator de
potência, as distorções harmônicas podem ser amplificadas em função da interação
entre os capacitores e o transformador de serviço. Este fenômeno é comumente
chamada de ressonância harmônica ou ressonância paralela.
Muitos dizem, erroneamente, que os causadores das harmônicas são os
capacitores. Na verdade, capacitores não geram harmônicas, e sim agravam os
problemas potenciais das harmônicas. Eles são os equipamentos mais sensíveis às
harmônicas, e os que mais sofrem na presença delas. Talvez por esta razão,
problemas de harmônicas frequentemente não são conhecidos até que são
aplicados capacitores para correção de fator de potência.
PAF/2003
6.Nível de Pertubações
Os níveis de pertubações podem ser escalonados da seguinte forma:
- Nível de emissão: é o nível de pertubação provocado por uma carga ou
consumidor
- Nível de compatibilidade : é o máximo nível de disturbio aceitável em um
determinado ponto da instalação.
- Nível de imunidade : é o nível de suportabilidade de um dispositivo ou
equipamento.
- Nível de susceptibilidade: é o nivel a partir do qual um dispositivo ou
equipamento apresenta mau funcionamento
Compatibilidade para sistemas e dispositivos definidos pela IEC-1000
Ordem harmônica
Sistemas e
Redes públicas e
Cargas não-lineáres
dispositivos
industriais
sensíveis
2
2
2
3
3
3
5
6
4
1
1
1,5
5
3
6
8
6
0,5
0,5
1
7
3
5
7
8
0,5
0,5
1
9
15
1,5
2,5
10
0,5
0,5
1
11
3
3,5
5
12
0,2
0,2
1
13
3
3
4,5
DHT
5
8
10
7 .O QUE SE MEDE?
8.ONDE SE PODE MEDIR?
!
# $
'
(
*
"
%
# &%
"
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&
&%
+
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*+
,-
)
&
.-
'
*
PAF/2003
/%
&%
0
1
#
9.Como as harmônicas podem ser eliminadas?
Normalmente, a solução mais confiável e acessível é feita com o uso de filtros de
harmônicas. Um filtro de harmônicas é essencialmente um capacitor para correção
de fator de potência combinado em série com um reator (indutor).
Os filtros de harmônicas fabricados são quase sempre sintonizados abaixo da
quinta harmônica. Devendo-se estudar cada caso especificamente para se
assegurar que estes produtos são adequados a cada aplicação.
Glossário
Analisador de energia
Instrumento utilizado para medição e analise de grandezas elétricas como tensão , corrente ,
potência ativa, reativa e aparente, energia ativa , reativa e aparente, fator de potência , etc
Multimetro
Instrumento utilizado para a medição de grandezas elétricas como Tensão (V) , corrente (A),
Resistência (Ω) podendo também possuir medidas opcionais como capacitância, frequência,
temperatura , etc.
Podem ser analógicos (ponteiro/galvanômetro/taut-band) ou digitais (display)
PAF/2003
Alicates amperímetros
São multimetros que possibilitam a leitura de correntes sem a necessidade de se interromper
o circuito, elevando a leitura por meio de uma garra que envolve o condutor por onde passa a
corrente
Alicates Wattímetros
Instrumento utilizado para medições de consumo em motores e maquinas.
Osciloscópios
É um instrumento utilizado para visualização do comportamento de um sinal ao longo do
tempo.
Analógicos: indicado para baixas frequências
Digitais: indicado para altas frequências e onde se faz necessário o armazenamento de
formas de ondas
Gerador de Áudio / Funções
Geram sinais ou informações aos circuitos eletrônicos
Frequêncimetros
Instrumento utilizado para medir frequências de sinais
Fontes de alimentação
Equipamento utilizado para fornecer energia a circuitos ou equipamentos.
Décadas
Componente eletrônico que varia o seu valor por décadas de unidades ( resistiva/capacitiva)
Ponte LCR
Instrumento utilizado para medir valores de componentes : Indutor , capacitor e resistor
Capacímetro
Instrumento utilizado para medição de capacitância
Anemômetro
Instrumento utilizado para medição de velocidade de descolcamento de ar
Decibelímetro
Instrumento utilizado para medição de intensidade de ruído em um ambiente
Termo-higrômetro
Instrumento utilizado para medição de umidade relativa e temperatura de ambientes.
Tacômetros
Instrumento utilizado para medições de velocidade de rotação
Luxímetro
Instrumento utilizado para medição de intensidade de luz em ambientes.
PAF/2003
Terrômetros
Instrumentos utilizados para medição de resistência de aterramento
Megômetro
Instrumento utilizado para medição de resistência de isolamento
Testador de rigidez dielétrica HI-POT
Instrumento utilizado para medição de corrente de fuga em maquinas.
Fasímetro
Instrumento utilizado para verificação de fase aberta e sequência de fases em instalações
Sequêncimetro
Instrumento utilizado para verificação de fase aberta , sequência de fase e teste de direção de
motores
Separador de linha
Este instrumento facilita a medida de corrente em eletrodométicos ou equipamentos cujo
cabo de alimentação seja selado
Programadores de EPROM
Equipamento utilizado para gravação de programas em memórias do tipo EPROM ,
Dispositivos Lógicos Programáveis e microcontroladores.
Modo Relativo
Quando essa função estiver habilitada, o valor mostrado no display será dado pela diferença
entre o valor de referência armazenada anteriormente pelo usuário e a leitura atual. Exemplo:
Se o valor da referência armazenado é de 24V e a leitura atual for 12.5V, então o display
indicará - 11.5V. Se uma nova leitura for igual ao valor de referência, o display mostrará “0”.
Average / AGV
Esta função fornece a média aritmética das medidas feitas pelo aparelho, durante a medição.
Para cada nova medida realizada, esse valor será atualizado automaticamente no display
fornecendo a nova média aritmética.
Auto Power Off
Desliga o aparelho automaticamente após um intervalo de tempo (definido por cada
aparelho) em que o mesmo não esteja sendo utilizado, evitando assim o consumo
desnecessário da bateria.
Autorange
Esta função executa a mudança automática das faixas durante determinada medição sem
necessidade de alteração manual.
Data Hold / Hold
Esta função “congela” a leitura no display no momento em que for ativada, ou seja, quando
pressionada a tecla HOLD, indicando o mesmo valor até que seja desativada; para isso basta
pressionar novamente a mesma tecla.
PAF/2003
Storage
Trata-se de uma função cujo objetivo é de armazenamento de dados na memória do aparelho.
Recall
É a função que executa a busca dos dados armazenados na memória do aparelho pela função
Storage.
Holster
Capa protetora que envolve o aparelho contra eventuais impactos e danos físicos, sendo
confeccionado em diversas cores.
Peak Hold
Esta função fornece o congelamento da leitura no momento em que a forma de onda
apresentar um valor instantâneo máximo (pico).
Teste Lógico
Essa função indica se o valor DC do aparelho está em nível alto (1) ou nível baixo (0).
Beep Guard
Esta função alerta o usuário através de um sinal sonoro se o mesmo está realizando uma
operação errada, como por exemplo se as pontas de prova estiverem conectadas aos borners
de corrente sendo que o aparelho está selecionado na escala de tensão.
Duty Cycle
É o ciclo de trabalho de uma determinada onda expresso em percentual positivo (percentual
da largura do pulso positivo da onda em relação ao período) ou negativo (percentual da
largura do pulso negativo da onda em relação ao período). Por exemplo uma onda quadrada,
cujo período é de 100ms e a largura do pulso positivo é de 40ms, o Duty Cycle seria de 40%.
dBm
Trata-se de uma unidade de potência que é expressa em escala logarítmica.
Taxa de Harmônica
É uma função que indica a quantidade de distorção harmônica que existe em uma onda. Este
valor é dado em percentual, como por exemplo numa onda senoidal pura, a taxa de
harmônica é de 0%.
Temperatura T1, T2, Delta T
T1 = Temperatura do Sensor 01
T2 = Temperatura do Sensor 02
DT = Diferença de temperatura entre os sensores T1 e T2 (T1 - T2).
Dwell
Esta função realiza a medida do ângulo de permanência do sistema de ignição do veículo.
Este ângulo de permanência (Dwell Angle) corresponde ao ângulo de deslocamento do rotor
do distribuidor, durante o período em que a bobina está sendo energizada. Nos veículos com
platinado, corresponde ao período em que o mesmo permanece fechado. Como por exemplo,
um carro que possui 4 cilindros, a volta completa do rotor do distribuidor seria 360° com 4
PAF/2003
ciclos e cada cilindro corresponderia a 90° e 1 ciclo; caso o tempo em que a bobina é
energizada corresponda a metade do ciclo, o ângulo Dwell seria de 45°.
Auto Setup
Através desta função os Osciloscópios procuram automaticamente a melhor configuração
para exibir a forma de onda a qual é aplicada à sua entrada.
Garra Indutiva
Trata-se de uma garra com características indutivas para aplicação automotiva. Serve para
coletar a frequência dos pulsos existentes num cabo de vela do motor do veículo, permitindo
assim que os aparelhos convertam esta frequência para a função de RPM (Rotação Por
Minuto).
Indicador de Tensão Sem Contato (NCV)
Esta função permite que uma tensão seja detectada sem contato, bastando aproximar o
aparelho sem as pontas de prova conectadas de uma tomada; com isso, o aparelho através do
LED que piscará ou da buzina que tocará indica que a tensão está muito alta, havendo assim
risco ao operador de levar choques.
Indicador de Baixa Distorção (CP)
Durante a medida de tensão AC de frequência 60Hz, o LED Verde CP (Clean Power)
acenderá se a tensão apresentar baixa distorção. Caso o indicador não acenda, deve-se
investigar a causa desta distorção utilizando um instrumento mais especializado.
Cos Fi (cos ø)
O ângulo de defasagem da tensão em relação a corrente recebe o nome de Fi (ø). Essa
defasagem é geralmente causada por cargas indutivas ou capacitivas. O cos ø também é
chamado de Fator de Potência (PF).
Norma EN61010
Trata-se de uma Norma de Segurança, que especifica entre outras características a categoria
de instalação dos equipamnetos de medição (CAT I, II, III, IV).
Modo Máximo
Esta função de registro de leitura máxima é usado para “gravar” o valor máximo medido de
um sinal durante o intervalo de tempo em que a função ficou habilitada. Está disponível nas
medidas de Tensão DC/AC, correntes AC, resistência e capacitância. Para utilizar esta
função, selecione a faixa através da chave rotativa e pressione a tecla MAX, o qual aparecerá
no display, em seguida aplicando-se um sinal de entrada a função começa a operar. Este
valor máximo é mantido na memória digital por um longo tempo, e para sair desta função
Máxima, pressione a tecla MAX novamente.
Registrador Interno de 4 Dados
São 4 posições localizadas na memória RAM do aparelho e servem para armazenar as
leituras das medições efetuadas com o aparelho. Através deste recurso, os dados não
precisam ser anotados (escritos) no momento da medição, porém esses dados são perdidos
quando o aparelho é desligado.
PAF/2003
Indicador de Alta Tensão - HIV
Em qualquer faixa de tensão AC ou DC quando você conectar as pontas de prova a uma
tensão maior do que aproximadamente 30V DC ou AC, a buzina tocará e o LED HI-V
piscará. Neste caso, tome muito cuidado quanto a choques elétricos.
Registrador Interno de 4000 Dados (Data Logger)
Esta função permite que o aparelho grave automaticamente em sua memória interna até 4000
leituras com intervalo de tempo entre os registros que é programado pelo usuário.
MDA-10: ft/min - Knots
São unidades de velocidade linear, assim como o Km/h, de modo que 1 ft/min (foot/min =
pés/min) equivale a 0,018288Km/h e 1 Knot (milhas náuticas) equivale a 1,852 Km/h.
Microfone de Eletreto ½”
Trata-se de um microfone especial para captação de ruídos, cujo o diâmetro é de ½” (½
polegada).
Categorias I, II, III, IV
A categoria de um instrumento está relacionada com o nível de segurança que este oferece,
principalmente quando se está trabalhando com potências elevadas. Assim, para uso
industrial são recomendados os instrumentos de CAT III e CAT IV, que oferecem um nível
maior de segurança. Já para aplicações em baixa potência, pode-se utilizar instrumentos de
categorias inferiores como CAT I ou CAT II.
Refresh Hold/Hold
Esta função tem como finalidade congelar automaticamente a leitura sempre que a mesma
atingir um valor instável.
Ponderação A & C
Os decibelímetros com ponderação A & C capturam ruídos ambientais nas faixa de
frequência audível ao humano sendo que a Ponderação A é utilizada na coleta de medidas de
níveis de som genéricos e a Ponderação C utilizada na verificação de componentes de ruídos
de baixa frequência.
True Rms
As instalações elétricas, os equipamentos eletro-eletrônicos e mesmo os intrumentos de
Medição sofrem com a influência de dispositivos que utilizam fontes chaveadas, motores
E mesmo com os aparelhos de comunicação de ação rápida, isto porque os mesmos acabam
por gerar picos de corrente e tensão e oscilações na frequência da rede (harmonicas).
Dessa forma, a tecnologia desenvolveu instrumentos de medição com capacidade de medir
Correntamente a tensão, a corrente ou mesmo a potência de circuitos e aparelhos, estes
instrumentos propiciam uma medida True Rms.
Precisão
É a exatidão das medidas feitas pelo instrumento, geralmente maior nos digitais que nos
analógicos
PAF/2003