Laboratório 1: Identificação de Instrumentos



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LABORATÓRIO 3 (parte I , II e III)
Parte I Instrumentação analógica
Objetivo:

  • Identificar e interpretar os símbolos dos instrumentos elétricos de medição do Laboratório de Medidas Elétricas.


Teoria:
Os dados característicos dos instrumentos elétricos de medição são definidos na norma NBR 5180 (1981). Alguns dados característicos essenciais necessários para a utilização correta dos instrumentos elétricos de medição são transcritos a seguir.


  1. Natureza do instrumento: é a característica que o identifica de acordo com o tipo de grandeza mensurável pelo mesmo.




  1. Natureza do conjugado motor: caracteriza o princípio físico de funcionamento do instrumento; caracteriza o efeito da corrente elétrica aproveitado no mesmo.




  1. Calibre do instrumento: é o valor máximo, da grandeza mensurável, que o instrumento é capaz de medir. Há dois casos a considerar: instrumento de um só calibre; e



  1. Instrumento de múltiplo calibre. Neste último caso, o valor de uma grandeza medida num dos calibres será obtida pela seguinte relação:





  1. Classe de exatidão do instrumento: representa o limite de erro, garantido pelo fabricante do instrumento, que se pode cometer em qualquer medida efetuada com este instrumento.

Obs.: uma prática usual é selecionar um instrumento de calibre tal que o valor medido se situe no último terço da escala.



Erro absoluto: è o erro maximo que o fabricantes do instrumento garante , normalmente expresso em porcentagem em relação ao fundo de escala.
Erro relativo: corresponde à relação entre o erro absoluto e a leitura que o instrumento apresenta.

Em função da classe de exatidão os instrumentos se classificam em instrumentos de medição e serviço



  • Instrumentos de medição: Classe de exatidão de 0,1 a 0,5%

  • Instrumentos de serviço : Classe de exatidão de 1,0 a 5%




  1. Discrepância: é a diferença entre valores medidos para a mesma grandeza.




  1. Sensibilidade: característica de um instrumento de medição que exprime a relação entre o valor da grandeza medida e o deslocamento da indicação.




  1. Resolução: menor incremento que se pode assegurar na leitura de um instrumento, o que corresponde à menor divisão marcada na escala do instrumento.




  1. Repetibilidade: propriedade de um instrumento de, em condições idênticas, indicar o mesmo valor para uma determinada grandeza medida.




  1. Mobilidade: menor variação da grandeza medida capaz de causar um deslocamento perceptível no ponteiro ou na imagem luminosa.



  1. Perda própria: potência consumida pelo instrumento correspondente à indicação final da escala, correspondente ao calibre.




  1. Eficiência de um instrumento: é a relação entre o seu calibre e a perda própria.




  1. Rigidez dielétrica: caracteriza a isolação entre a parte ativa e a carcaça do instrumento. A rigidez dielétrica é expressa por um certo número de Kilovolts, chamado de “tensão de prova” ou “tensão de ensaio”, o qual representa a tensão máxima que se pode aplicar entre a parte ativa e a carcaça do instrumento sem lhe causar danos.

No mostrador dos instrumentos elétricos de medição, além do símbolo que caracteriza a natureza do instrumento, que caracteriza a grandeza a que o mesmo se destina medir, encontra-se ainda alguns dos símbolos indicados na tabela 1.1, mostrada a seguir.



Material Experimental:
Parte Prática:


  1. Identifique a natureza dos instrumentos de medidas elétricas selecionados;




  1. A partir dos símbolos constantes no mostrador dos instrumentos de medidas elétricas selecionados e utilizando a tabela 1.1, interprete estes símbolos necessários para a utilização correta destes instrumentos.











Tabela 1.1: Principais símbolos encontrados nos instrumentos elétricos de medição.
















Questões instrumentos analógicos (2ptos)




2 Questão (2ptos)

Do instrumento que você trabalho no laboratório

  1. Que principio utiliza o instrumento?

  2. Que tipo de tensão pode ser medida continua ou alterna?

  3. O instrumento é de precisão ou de serviço ?

  4. Em que posição deve trabalhar

  5. Porque a leitura sofre influenciada pela posição do instrumento?

  6. O que se entende por erro de paralaxia?

  7. Como se evita o problema de paralaxia

  8. A tensão de prova para que serve?

  9. Calcule o erro absoluto

  10. Calcule o erro relativo para leituras 1/3 da escala e 2/3 da escala

  11. Você deseja medir uma grandeza de 220V dispõe de 2 voltímetros que apresentam classe de exatidão de 1 e 0.5 seus calibres são 300 V e 600V . Qual você escolheria?

  12. Dois voltímetros com as mesmas características, mais com impedâncias de : 1M e de 10M. Qual você escolheria?

  13. Com um multitester como deve proceder para obter o valor médio e o RMS.

  14. Que instrumento você usaria para medir a tensão numa onda com formato dente de serra?

  15. No circuito indicado conecte um amperímetro, voltímetro, um frequencimetro e um watimetro

  16. Porque usar transformadores para instrumentos ( TC e TP)

  17. Se um transformador de corrente tem uma relação de 300/5 e o amperímetro tem uma leitura de 2,5 A qual é o valor da corrente no primário

  18. Indique a seqüência para calibrar um instrumento analógico e explique que são os fatores aditivos e proporcionais

  19. Que requisito deve ter um instrumento para valer a pena sua aferição

Exatidão

Exatidão e a característica de um instrumento de medição que exprime o afastamento entre a medida nele efetuada e o valor de referência aceito como verdadeiro.



Precisão (Repetibilidade)

A precisão ou repetetividade é a característica de um instrumento de medição, determinada através de um processo estatístico de medições, que exprime o afastamento mútuo entre as diversas medidas obtidas de uma grandeza dada, em relação a media aritmética dessas medidas.




Parte II Instrumentos digitais

Categoria de Medição

Definido pelos padrões internacionais, a categoria de medição define categorias de I a IV, onde os sistemas são divididos de acordo com a distribuição de energia.

Esta divisão e baseada no fato de que um transiente perigoso de alta energia, como um raio, será atenuado ou amortecido a medida que passa pela impedância (resistência CA) do sistema.

Instrumentos digitais -erros de leitura
Display digital de “3 1/2” dígitos, Número de “contagens”: 0 - 1999

Exemplo a tensão numa pilha de ~1.5V para um erro de 0.5% + 2 dígitos



Obtenha os erros dos instrumentos digitais Indicados:
Exemplo display 3-1/2, logo 5.999 ,

Com erro percentual = 0.5% + 2 dígitos ,

Na escala de 60V, fundo de escala 59.99V, leitura 50.00

Determine o erro percentual

Exemplo

0.5% de 50,00=0,25V+0.02= 0.27

50.00V......................100%

0.27 V ....................x = 0.54%


Mesmo instrumento para uma leitura de 10 na escala de 60V
Determine os erros de fundo de escala do multitester:

  1. (0.5ptos)



  1. (0.5 ptos)



Transformadores de instrumentação (parte de trafos de instrumentação só para elétricos)

Transformador de Potencial (TP)

Transformador de Corrente (TC)

O quadro abaixo mostra as tensões primarias nominais e as relações nominais padronizadas para os TPs fabricados normalmente no Brasil




Classes de Exatidão dos TPs

Os TPs são enquadrados em uma ou mais das três seguintes classe de exatidão:

Classe de exatidão 0. 3/ 0. 6/ 1.2

Considera-se que um TP esta dentro de sua classe de exatidão quando, o ponto determinado pelo erro de relação Kp ou pelo fator de correção de relação FCRp e pelo ângulo de fase estiver dentro do \paralelogramo de exatidão "especificado na figura abaixo correspondente a sua classe de exatidão.






Relação Nominal


Relação Real


Fator de Correção de Relação



Fator de Correção de Transformação (FCTp) do TP

FCTp pode ter dois valores em cada classe de exatidão:




  1. 1, 003 e 0, 997 na classe de exatidão 0, 3




  1. 1, 006 e 0, 994 na classe de exatidão 0, 6

c. 1, 012 e 0, 988 na classe de exatidão 1, 2




Erros do TP

Erro de Relação p

Quando "p e FCRp estão expressos em valores percentuais, ha o seguinte relacionamento

entre eles:



Erro de Fase ou Ângulo de Fase

È o ângulo de defasagem  existente entre e o inverso de . S e o inverso de é adiantado em relação a ,  é positivo. Em caso contrario negativo


Questão 3 (1pto)

Ao primário de um TP de 13800=115V , sob ensaio aplica-se uma certa tensão que faz surgir no secundário a tensão de 114V , comprovada através de um voltímetro. Constata-se depois que a tensão primaria fora de exatamente 13800V .

Determinar: Kp,Kr,FCRp e p , com as unidades correspondentes

Relação de transformação nominal: Kp=

(120)

Relação Real: Kr=



(121.053)

Fator de correção de relação: FCRp=

(1.00877 )

Exprese em % o FCRp=

(100.877%)

Erro de relação: p% =

( -0.877%)

Valor rela medido U1=

(13680)

Tabela de classe de exatidão segundo aplicação do TP e TC


Exemplo

Se na placa de um TP esta indicado: 0.3WXY, 0.6Z isto significa que:

1. O TP ensaiado com as cargas padronizadas W, X e Y tem classe de exatidão 0, 3, isto é, apresenta erro de relação -0, 3% < p < 0, 3% e ângulo de fase tal que o ponto correspondente a estes erros fica dentro do paralelogramo de classe 0, 3%.


  1. Ensaiado com a carga padronizada Z tem classe de exatidão 0.6

3 Na designação da ABNT aquela indicação na placa do TP seria representada por:

0.3-P75 ; 0.6-P200


Como Especificar um TP

Quadro de consumo dos instrumentos ligados TP




Exemplo 1

Especificar um TP para medição de energia elétrica para faturamento a um consumidor energizado em 69kV , em que serão utilizados os seguintes instrumentos:

1.-Medidor de kWh com indicador de demanda máxima tipo mecânico.

2.- Medidor de kvarh, especifico para energia reativa, sem indicador de demanda máxima.


Solução:

a. Classe de exatidão: o quadro de classe de exatidão indica 0. 3.

b. Potencia do TP: os fabricantes dos instrumentos elétricos que serão utilizados forneceram o seguinte quadro de perdas em 115V , 60Hz:

Assim se obtém:







Resposta:

Transformador de potencial, tensão primaria nominal 69000V , relação nominal 600 : 1 a 60Hz, carga nominal ABNT P25, classe de exatidão ABNT 0.3/P25 (ou ANSI 0.3WX), potência térmica 1000V A, grupo de ligação 1, para uso exterior (ou interior, conforme for o caso), nível de isolamento: tensão nominal 69kV , tensão máxima de operação 72.5kV , tensões suportáveis nominais a freqüência industrial e de impulso atmosférico: 140kV e 350kV , respectivamente.


Questão 4 ( 1ptos)

Especificar um TP para medição de energia elétrica e controle em 13.8kV, sem finalidade de faturamento, em que serão utilizados os seguintes instrumentos:


a. Medidor de kWh com indicador de demanda máxima tipo mecânico.

b. Medidor de kWh, sem indicador de demanda máxima, acoplado a um autotransformador de defasa mento, servindo assim para medir kvarh.

c. Wattmetro.

d. Varimetro.

e. Voltimetro.

f. Fasimetro.




Especificação do TP


  1. Transformador de corrente para medição, corrente primaria nominal :

  2. Relação nominal :

  3. Freqüência:

  4. Carga nominal segundo ABNT:

  5. Classe de exatidão ABNT

  6. Especificação ANSI:

  7. Grupo de ligação

  8. Uso ( interior ou exterior conforme for o caso):

  9. Nível de isolamento: tensão nominal :

  10. Tensão máxima de operação (10%+ do nominal):

  11. Tensões suportáveis à freqüência industrial :

  12. Tensões suportáveis à impulso atmosférico:


Transformador de corrente TC

Valores nominais dos TC



Paralelogramo de exatidão do TC




FATOR TÉRMICO NOMINAL:
É o fator que multiplicado pela corrente primária indica a corrente primária máxima que o

TC pode suporta em regime permanente.

Os fatores térmicos são : 1,0- 1,2- 1,3- 1,5- 2
Questão 5 (1pto)

O primário de um TC de 200/5A, sob ensaio é percorrido por uma certa corrente que faz surgir no secundário a corrente de 4.96A. Constata-se depois que a tensão primaria fora de exatamente 200A. Determinar:

Kc, Kr, FCRc e c%

Relação de Transformação Nominal: Kc =

( 40)

Relação Real: Kr =



( 40.32)

Fator de Correção de Relação: FCRc =

( 1. 008 )

Expresse em % o FCRc =

(100. 8%)

Erro de Relação: c =

( -0. 8%)

O erro cometido em relação à corrente primaria é por falta ou excesso ?.


Exemplo 2

Especificar um TC para medição de energia elétrica para faturamento a um consumidor energizado em 69kV , cuja corrente na linha chegar a cerca de 80A no primeiro ano de funcionamento, podendo atingir cerca de 160A a partir do segundo ano.

Os instrumentos elétricos que serão empregados, abaixo indicados, ficarão a 25m do TC e serão ligados ao

secundário deste através de fio de cobre No12AWG:

a. Medidor de kWh com indicador de demanda máxima tipo mecânico.

b. Medidor de kvar, especifico para energia reativa, sem indicador de demanda máxima.


Resposta

Classe de exatidão 0.3 ver tabela



Obs medidor a 50mts, significa 50m para ir e 50m na volta





Especificação para o transformador de corrente para medição, correntes primarias nominais 100-200A (ligação serie/paralela no primário), relações nominais 20-40 : 1, a 60Hz, carga nominal ABNT C12.5, classe de exatidão ABNT 0.3/C12. 5 (ou ANSI 0. 3B-0, 1/B-0. 2/B-0. 5), fator térmico 1.2, para uso exterior (ou interior, conforme for o caso), nível de isolamento: tensão nominal 69kV , tensão máxima de operação 72.5kV , tensões suportáveis nominais á freqüência industrial e de impulso atmosférico: 140kV e 350kV , respectivamente


Questão 6 (1pto)

Descreva e interprete os dados de placa do TC utilizado no laboratório



Questão 7 (1pto)

Especificar um TC para medição de energia elétrica e controle, sem finalidade de

faturamento, sabendo que a tensão entre fases do circuito é 13. 8kV e que a corrente na linha chegara no Maximo a 80A. Os instrumentos elétricos que serão empregados, abaixo indicados, ficarão a 25m do TC e serão ligados ao secundário deste através de fio de cobre No12AWG(5.3Ω/Km)

a. Medidor de kWh com indicador de demanda máxima.

b. Medidor de kWh, sem indicador de demanda máxima, acoplado a um autotransformador de defasamento, servindo assim para medir kvarh.

c. Wattímetro. d. Varimetro. e. Amperímetro. f. Fasimetro.


Solução:

a. Classe de exatidão: (você especifica segundo aplicação , ver tabela)

b. Carga nominal do TC: os fabricantes dos instrumentos elétricos que serão utilizados

forneceram o seguinte quadro de perdas em 5A, 60Hz:




Especificação do TC


  1. Transformador de corrente para medição, corrente primaria nominal :

  2. Relação nominal :

  3. Freqüência:

  4. Carga nominal segundo ABNT:

  5. Classe de exatidão ABNT:

  6. Especificação ANSI:

  7. Fator térmico:

  8. Uso ( interior ou exterior conforme for o caso):

  9. Nível de isolamento: tensão nominal :

  10. Tensão máxima de operação (10%+ do nominal):

  11. Tensões suportáveis à freqüência industrial :

  12. Tensões suportáveis à impulso atmosférico:





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