Equipamento de teste elétrico usado em minas (com diagrama)

Depois de ler este artigo, você aprenderá sobre o equipamento de teste elétrico usado em minas.

Todo engenheiro elétrico ou técnico, no trabalho, requer instrumentos de medição para medir grandezas elétricas como corrente, tensão e resistência. Instrumentos capazes de fazer essas medições com precisão devem ser de bom design e de altíssima qualidade, precisão e muita sensibilidade.

Engenheiros e técnicos devem ter alguma idéia básica sobre o funcionamento dos instrumentos de medição e seus princípios.

Princípio dos Instrumentos de Medição:

A medição consiste em comparar a quantidade a ser medida com algum padrão de referência, como escalas. Com a maioria dos instrumentos de medição elétricos, as leituras são feitas observando-se um ponteiro que se move sobre uma escala. O instrumento é projetado de forma que a posição tomada pelo ponteiro seja uma indicação da quantidade elétrica sendo medida.

O dispositivo que faz com que o ponteiro dê sua indicação é chamado de movimento ou medidor. Movimentos que empregam vários princípios foram feitos, mas o movimento de quase todos os instrumentos de teste prático faz uso do efeito magnético de uma corrente elétrica. Nos movimentos deste tipo, o ponteiro responde diretamente à força da corrente que flui através de uma bobina.

O movimento está associado a outros componentes elétricos que garantem que a corrente que flui no movimento esteja diretamente relacionada à quantidade elétrica, por exemplo, tensão ou resistência sendo medida.

É então possível calibrar a balança nas unidades necessárias, como amperes, ohms e volts. Dois tipos de movimentos são de uso comum e são o medidor de ferro móvel e o medidor de bobina móvel.

(a) Medidor de ferro em movimento:

Em um medidor de ferro em movimento, a corrente a ser medida flui através de uma bobina plana, como mostrado na Fig. 14.1. Dentro desta bobina há dois pedaços de ferro macio, um pedaço (o ferro fixo) permanece estacionário, enquanto o outro (o ferro em movimento) é encaixado em um eixo e pode balançar para longe do ferro fixado. Quando a bobina é desenergizada, o ferro em movimento é mantido próximo ao ferro fixo por uma mola helicoidal.

O movimento do ferro em movimento para longe do ferro fixo é oposto ao torque exercido pela mola, esse torque aumenta com a distância entre os dois ferros. Quando a corrente flui na bobina, ela cria um campo magnético. As duas peças de ferro, estando dentro deste campo, tornam-se temporariamente ímãs de polaridade semelhante, de modo que se repelem.

O ferro em movimento, portanto, se afasta do ferro fixo até que o torque exercido pela mola helicoidal seja igual à força de repulsão entre os dois ferros. Nesta posição, as forças que atuam sobre o ferro em movimento são balanceadas e permanecem estacionárias. A Fig. 14.2 mostra o ponteiro. No entanto, a posição assumida pelo ferro em movimento depende das correntes que fluem na bobina. Um ponteiro preso ao ferro em movimento indica a posição e, portanto, a força da corrente que flui através do tempo.

Resposta movente dos Mets de ferro:

Sabemos que a intensidade do campo magnético é diretamente proporcional à corrente que flui na bobina, de modo que a magnetização de cada pedaço de ferro também é proporcional à corrente. A força inicial de repulsão entre os dois ferros é proporcional à sequência da corrente. Se, por exemplo, a força da corrente é dobrada, a força de repulsão torna-se quatro vezes maior, e assim por diante.

À medida que o ferro em movimento se afasta do ferro fixo, a força de repulsão diminui, embora a corrente na bobina e a magnetização dos ferros permaneçam as mesmas. A força real que age contra o torque da mola, quando o ferro em movimento pára, não será, portanto, tão grande quanto a força inicial. O efeito da distância entre os ferros aumenta com o aumento da corrente medida. A resposta no medidor é limitada porque, a uma certa intensidade de campo, os ferros tornam-se magneticamente saturados, e qualquer aumento adicional no campo magnético não produz um aumento correspondente na magnetização dos ferros.

Movendo a escala do medidor do ferro:

A escala de um medidor de ferro em movimento não é uniforme. Como a extremidade inferior da escala, as divisões estão apinhadas; em direção ao meio da escala, as divisões são mais distantes umas das outras, mas no extremo superior elas tendem a se fechar novamente. As leituras mais precisas são obtidas quando entre 40% e 80% da corrente total está fluindo. As leituras tendem a ser ligeiramente imprecisas nos extremos da escala.

Um medidor de ferro em movimento mede a corrente alternada, assim como a corrente contínua, porque os dois ferros se repelem, qualquer que seja a polaridade do campo magnético. Como a força de repulsão está relacionada ao quadrado da corrente que circula na bobina, o ponteiro indicará o valor eficaz de uma corrente alternada em uma escala calibrada para corrente contínua.

(b) Medidor de bobina móvel:

Em um medidor de bobina móvel, às vezes chamado de galvanômetro, a corrente a ser medida flui em uma bobina, que é ajustada a um fuso e pode girar dentro do campo de um imã permanente, como mostrado na Fig. 14.3. O movimento da bobina é limitado por duas molas helicoidais atuando em direções opostas. Estas molas mantêm a bobina em uma posição definida quando desenergizadas, e opõem-se à rotação da bobina em qualquer direção, exercendo um torque proporcional ao ângulo através do qual a bobina é girada.

As molas helicoidais também servem para completar as conexões elétricas entre os terminais e a bobina. Então a corrente flui na bobina, os condutores da bobina são submetidos a uma força que tende a movê-los em uma direção perpendicular à direção do fluxo de corrente. Como em uma armadura do motor, o efeito total das forças que atuam nos condutores da bobina é girar a bobina contra o torque exercido por uma das molas.

A bobina ocupa uma posição na qual o torque que tende a girar é igual ao torque exercido pela mola. A posição da bobina e, portanto, a força da corrente que flui nela são indicadas por um ponteiro que se move sobre uma escala. A peça polar do ímã permanente e o núcleo de ferro macio sobre o qual a bobina gira (como na figura 14.4) são projetados para garantir que o campo magnético com o qual os condutores da bobina reajam permaneça constante.

No entanto, até onde a bobina é defletida, o torque atuando na bobina é diretamente proporcional à força da corrente que circula na bobina, e o torque inicial (isto é, atuando antes da bobina começar a girar) é aproximadamente igual ao que está atuando nela quando é defletido.

A escala de um medidor de bobina móvel é uniforme - as leituras são confiáveis ​​na maior parte da escala, aumentando a precisão em direção à extremidade superior. No entanto, as leituras no extremo inferior da escala podem não ser muito precisas. A direção na qual a bobina gira depende da direção na qual a corrente está fluindo (a direção é conforme a regra da mão esquerda de Fleming). Um medidor de bobina móvel, portanto, não apenas mede a força atual, mas também indica sua direção.

Um tipo de medidor de bobina móvel que faz uso de ambas as propriedades é o galvanômetro de centro zero. O ponteiro fica no zero no centro da escala quando o medidor é desenergizado. A agulha se move para a esquerda quando a corrente flui em uma direção através da bobina, para a direita quando a corrente flui na direção oposta. Assim, existe uma escala separada em cada metade do arco da escala. A Fig. 14.4 (b) explica a descrição.

O tipo de medidor de bobina móvel usado na maioria dos instrumentos de teste tem uma única escala que se estende por todo o arco da escala, como na Fig. 14.4 (a), com o ponto zero na extremidade esquerda extrema. Esse medidor pode medir a corrente que flui em apenas uma direção e os terminais estão marcados com '+' e '-' para indicar a direção na qual a corrente deve ser aplicada.

Um medidor de bobina móvel, no entanto, não pode medir corrente alternada diretamente. Se uma corrente alternada é aplicada a um medidor de bobina móvel, o ponteiro tende a oscilar na freqüência da corrente aplicada. A inércia do movimento pode, no entanto, amortecer a oscilação, de modo que o ponteiro pareça estacionário na posição zero.

Um medidor de bobina móvel pode ser usado como instrumento para medir corrente alternada. A corrente alternada é primeiro corrigida. Se a escala do medidor fosse calibrada para corrente contínua, a média dos valores médios da corrente alternada aplicada seria indicada. Portanto, é comum calibrar a escala para que os valores rms possam ser lidos diretamente dela.

Instrumentos de teste:

O coração da maioria dos testes práticos é um medidor de bobina móvel. Outros componentes elétricos são incorporados, de modo que o medidor é fornecido com uma pequena corrente que lhe permitirá dar uma indicação da quantidade elétrica que é necessária para medir. O movimento mais sensível dá a leitura máxima quando uma corrente muito pequena diz que um miliampere está fluindo na bobina.

Existem três grandezas elétricas que os eletricistas freqüentemente precisam medir, isto é, aquelas inter-relacionadas pela lei de ohm; tensão, corrente e resistência. Isto é, V = IR. E os instrumentos são voltímetros de leitura de voltagem, amperes de leitura de amperímetro e resistência de leitura de ohmímetro.

Voltímetro:

Um voltímetro é usado para medir a diferença de potencial entre dois pontos em um circuito elétrico ativo ou para medir a tensão de um suprimento. Uma medição é feita conectando o instrumento entre os dois pontos, ou dois terminais de alimentação, de modo que a tensão total a ser medida seja aplicada através dele.

Como a resistência do instrumento é fixada pela lei de Ohm, a corrente que flui através do movimento é proporcional à tensão medida. A escala é calibrada em volts. Cada voltímetro tem um intervalo diferente. A tensão máxima que qualquer instrumento pode medir é encontrada multiplicando-se a resistência total do instrumento pela corrente máxima que o movimento registrará.

A resistência total do instrumento pode ser adequada para medir qualquer faixa de tensão necessária, é necessário conectar um resistor em série com o movimento, como mostrado na Fig. 14.5. Alguns voltímetros possuem várias faixas, eles, na verdade, contêm um número de resistores que podem ser ligados ou desligados conforme necessário. A Fig. 14.5 explica o princípio do voltímetro com o exemplo. Aqui vemos que o alcance de qualquer voltímetro pode ser alterado conectando um multiplicador (resistência) em série com ele.

Amperímetro:

Um amperímetro é usado para medir a corrente que flui em qualquer ponto de um circuito elétrico. O instrumento está conectado ao circuito em série. Como o movimento de um amperímetro provavelmente dá sua leitura máxima com uma pequena corrente fluindo nele, normalmente não é possível que toda a corrente sendo medida flua através dele.

Além disso, como o amperímetro é conectado em série com o circuito, sua resistência deve ser a mais baixa possível, caso contrário, sua resistência reduziria a corrente normalmente fluindo no circuito e uma medição precisa não poderia ser obtida.

O movimento do amperímetro é conectado em paralelo com uma espécie de resistência muito baixa. O amperímetro, portanto, tem resistência desprezível, e o movimento leva apenas uma pequena proporção da corrente que flui no circuito. Veja a Fig. 14.6 (a).

Com qualquer movimento dado, os shunts podem ser fornecidos para permitir que o instrumento meça qualquer faixa de correntes necessária. Alguns amperímetros têm várias faixas, sendo fornecidos com vários shunts alternativos que podem ser ligados ou desligados conforme necessário. A Fig 14.6 (b) explica o princípio do amperímetro. A faixa de qualquer amperímetro pode ser alterada conectando-se um shunt adequado em paralelo com ele.

Ohmímetro:

Um ohmímetro é usado para medir a resistência entre dois pontos em um circuito elétrico, ou para medir a resistência de qualquer componente individual. No entanto, uma leitura pode ser feita somente quando o componente ou parte do circuito a ser medido é isolado da alimentação.

A resistência é medida passando-se uma pequena corrente de uma fonte de tensão conhecida, digamos uma bateria seca, através da resistência sob teste e do movimento em série, como explicado na Fig. 14.7. Como a resistência do movimento e a tensão são constantes, a corrente que flui através do movimento é uma medida da resistência em teste. Se uma alta resistência estiver sendo medida, uma corrente muito pequena fluirá; se for uma resistência baixa, uma corrente maior fluirá.

A escala do instrumento é calibrada em ohm e o instrumento lê zero ohms com deflexão total da escala. Mas o alcance do instrumento depende da sua resistência interna e da voltagem da bateria. Mesmo quando o movimento é um medidor de bobina móvel, a escala de um ohmímetro não é uniforme.

Leituras mais precisas são obtidas perto do centro da escala. Uma resistência variável é normalmente conectada no circuito para ajustes para compensar pequenas variações na tensão da bateria. Se a tensão da bateria se alterar ligeiramente, o medidor não lê zero ohms quando os cabos são tocados juntos, até que a resistência interna tenha sido ajustada.

Nestes medidores, um pequeno erro na voltagem da bateria leva a erros nas leituras obtidas. Se a bateria tiver diminuído ligeiramente, a medição obtida será muito alta. A resistência variável pode ser usada para trazer o ponteiro para zero, quando os cabos são tocados juntos, mas isso não elimina o erro em toda a escala.

Medições precisas, portanto, podem ser alcançadas usando um instrumento que não seja afetado por variações na tensão de teste. Existem, de fato, dois tipos de medidores - ohmímetro de leitura direta e testadores de ponte.

(1) Ohmímetro de leitura direta:

Ohmímetros de leitura direta medem a relação entre a corrente que flui através da resistência sob teste e a diferença de potencial através dela. O movimento de um ohmímetro de leitura direta é uma modificação do medidor de bobina móvel comum.

É construído de maneira semelhante, mas tem duas bobinas montadas no eixo e girando entre os pólos do ímã permanente. Essas duas bobinas são fixadas em um ângulo entre si e são conectadas ao circuito, de modo que as polaridades de seus campos eletromagnéticos se opõem umas às outras.

No entanto, existem duas bobinas, bobina de corrente e bobina de pressão. A bobina de corrente é conectada em série com a resistência sendo testada enquanto a outra bobina (bobina de pressão) é conectada em paralelo com a resistência. Assim, o binário causado pela corrente que passa através da resistência em teste é oposto a um torque que é proporcional à tensão através da resistência. O instrumento, com efeito, calcula o valor da resistência usada no teste pela lei de Ohm, isto é, R = -E / I.

Ohmímetros de leitura direta são geralmente empregados quando é necessário determinar uma resistência muito baixa, digamos, de alguns ohms, ou uma fração de um ohm. Seus usos incluem a medição da resistência de contatos de chave, enrolamentos de armadura e enrolamentos de transformador.

Ductor:

O ductor é um ohmímetro de baixa resistência em uso comum. Um dutor pode ter até cinco faixas diferentes e medirá resistências que variam de alguns micro-ohms a cerca de 5 ohms. Os dutos geralmente são fornecidos com pontas de teste “duplex”, cada uma consistindo de dois espigões montados em uma única alça da sonda. Uma ponta de cada ponta de prova está em série com a bobina de corrente do ohmímetro e a outra ponta está em série com a bobina de tensão.

Um teste de resistência é sempre realizado com os picos de tensão colocados entre os picos de corrente. Este método garante que o instrumento mede a queda potencial real entre as pontas dos dois pontos potenciais. É a resistência entre os dois picos de potencial mostrados pelo instrumento.

Os dutos também podem ser usados ​​com derivações separadas para as bobinas de pressão e corrente. Eles podem ser usados ​​desta maneira para testes de armadura, quando a corrente é passada através dos enrolamentos da armadura, e a resistência entre os segmentos sucessivos do comutador é medida.

Testadores de Resistência de Isolamento:

Uma resistência de isolamento é um tipo de ohmímetro de leitura direta especialmente projetado para testar o isolamento entre um sistema elétrico e a terra, ou entre condutores isolados, como os núcleos de um cabo, quando o isolamento começa a se deteriorar. É comum que pequenas correntes de vazamento trafeguem através dele ou através de sua superfície.

No estágio inicial de deterioração, a resistência estática do isolamento pode permanecer alta, mas sua resistência dielétrica é reduzida. O isolamento com rigidez dielétrica inadequada pode se romper repentinamente com a tensão de operação total aplicada através dele, particularmente se houver um surto de tensão durante a operação do circuito.

A fim de assegurar que o isolamento seja eficaz e seguro sob condições normais de operação, é necessário medir sua resistência quando submetido a tensão dielétrica. Para obter um resultado satisfatório, portanto, todos os circuitos de média e alta tensão são testados com um testador de resistência de isolamento.

Testes de isolação e condutividade fazem parte da rotina diária dos engenheiros elétricos em minas, e para eliminar o inconveniente de ter que carregar dois instrumentos, o testador de resistência de isolação e o testador de condutividade foram combinados em um único instrumento denominado testador de isolamento e continuidade.

Megger:

Um instrumento muito popular chamado Megger é usado para instalações que variam de 110V até 500V, 1000V (11KV) e 5000V. Apesar de um instrumento muito bom, mostrou-se bastante complicado no uso underground. Este instrumento foi superado hoje em dia pelos modelos menores, mais leves e compactos, como o metro-ohm de 500 V e o megger de bateria de 500/1000 / 5000V e megger digital.

500 V Metro-ohm:

Este é um instrumento compacto mais moderno e leve, fornecido em um estojo de couro completo com cabos de teste, que pode ser facilmente transportado na esteira junto com a lâmpada da tampa e o auto-resgate. É um equipamento operado por bateria de 9 V que aciona um conversor de bateria transistorizada que converte uma tensão de bateria de 9 V em uma tensão de saída de 500 V para fins de teste de isolamento. Isso é explicado na Fig. 14.8.

Dois botões na frente do instrumento determinam a tensão de saída e conseqüentemente o teste que pode ser realizado, isto é, o botão esquerdo marcado Ω fornece uma saída de 9V para continuar testando condutores, blindagens de cabos, condutores de terra etc. na escala inferior marcada Ω. O botão direito fornece uma saída de 500 V para teste de pressão do isolamento de um sistema entre dois condutores ou entre condutores e terra, sendo a leitura tirada da escala superior marcada com Ω.

O medidor só será preciso desde que a voltagem da bateria seja suficiente para acionar o circuito. Isto pode ser verificado pressionando o interruptor com os terminais de saída em circuito aberto. Se o ponteiro passar para o infinito e começar a recuar, a bateria deve ser trocada.

1000/5000 V Megger:

Esta parcela é muito semelhante ao metro-ohm de 500 volts com escala de continuidade de 0-100 ohms e escala de teste de isolamento de 0-1000 MQ. Duas faixas de tensão são fornecidas neste instrumento, 1000 volts e 5000 volts.

Uso de Testadores de Isolamento em Minas:

Ao usar o testador de isolamento nos cabos, o alto potencial aplicado devido ao cabo que age como um capacitor, carrega o cabo e causa uma alta tensão entre os dois condutores ou um condutor e o terra, o que estiver sendo testado. Isso pode dar origem a choques elétricos severos e muito dolorosos se os condutores forem manuseados antes de serem descarregados. O descarregamento dos cabos deve, sempre que possível, ser realizado usando o “dispositivo de aterramento” no painel de controle que controla o circuito.

Se isso não for prático, um curto-circuito deve ser aplicado por um curto período para permitir que a carga seja dissipada. Isto pode causar faíscas severas que não apresentariam perigo na superfície, mas seriam muito perigosas mesmo no subsolo, uma vez que a energia na faísca produzida é capaz de acender uma mistura explosiva.

Assim, é uma questão vital para lembrar ao testar o equipamento no subsolo e, especialmente, nas proximidades da face de carvão, especialmente os cabos de fuga. Devido ao uso de materiais de polietileno cloro-sulfonado (CSP) como um isolante para cabos de fuga, a capacitância entre o núcleo e a tela aumentou.

Isso aumenta a alta tensão que pode ser retida no cabo após o teste. É de vital importância, portanto, ao realizar testes em cabos posteriores, que as instruções do instrumento sejam estritamente seguidas.

Conecte os cabos de teste ao circuito antes de operar o botão de pressão e não conecte os terminais de teste com o botão pressionado. Deixe o instrumento conectado pelo período de tempo especificado após o teste antes de remover os cabos e, em nenhuma circunstância, desconecte os cabos com o botão pressionado.

Testadores de isolamento da ordem de 2, 5 e 10 KV são usados ​​para testar circuitos de alta tensão, ou seja, 3.3. KV, 6, 6 KV ou 11 KV, 33 KV. Estes são instrumentos muito especiais para serem usados ​​com grande cuidado e habilidade e seguindo um código de prática muito rigoroso.

Teste da Terra:

A resistência ao corpo geral da terra da placa de aterramento do sistema elétrico de mina é testada regularmente por meio do megger. O instrumento megger é um ohmímetro direto e pronto, fornecido por um gerador de mão girada. A resistividade da própria terra também pode ser medida por meio desse instrumento. Essa medida é necessária ao selecionar uma posição para uma nova placa de aterramento.

(2) testador de ponte:

Instrumentos de medição que determinam o valor de uma resistência sob teste, comparando-a com outra, empregam o princípio da ponte de Wheatstone, que consiste de quatro resistores conectados em uma rede de quatro lados. Uma fonte de teste é conectada a cantos opostos da rede, e um galvanômetro de centro zero é conectado através dos outros dois cantos, como mostrado na Fig. 14.9.

O princípio simples de se trabalhar este tipo de testador de pontes é que o galvanômetro na rede de ponte é feito para ler zero, garantindo que os potenciais nos dois pontos que ele conecta sejam iguais. Essa condição só ocorre quando a relação entre os valores de dois resistores adjacentes é igual à razão entre os valores dos outros dois resistores. Isso é

Um testador de ponte contém três braços de uma rede da ponte de Wheatstone. A resistência a ser medida, quando conectada aos terminais, forma o quarto braço da ponte. O testador contém uma fonte de suprimento e um galvanômetro que, então, completa os circuitos da ponte. Dois dos braços da ponte incluídos no testador são de resistência fixa e conhecida, o terceiro braço contém uma resistência variável.

Quando a resistência a ser testada é conectada, a resistência variável é ajustada até que a ponte se equilibre e o galvanômetro leia zero. O valor da resistência desconhecida pode então ser calculado a partir dos valores das resistências fixas e do valor da resistência ajustada. A Fig. 14.9 explica o fato. Na verdade, o testador de ponte é usado quando a resistência deve ser medida com muita precisão.