Por Chuck Newcombe
Já se passaram quase 45 anos e o mundo dos testes elétricos mudou muito durante esse tempo. Nesta coluna, revisitarei as técnicas de teste que usei em 1963 em uma empresa aeroespacial e as compararei com as ferramentas e métodos de hoje.
Meu exemplo é o processo para testar as ligações elétricas exigidas em sistemas de aterramento pelo NEC. O uso de práticas de construção padrão e observação visual são úteis, é claro, mas como saber se as ligações elétricas feitas servirão ao propósito pretendido?
No caso da empresa aeroespacial, depois de termos visto problemas de instrumentação em partes de um prédio de produção, fui solicitado a verificar se as conexões de aterramento do receptáculo eram inferiores a 15 ohms nos montantes de aço do prédio próximo - a especificação de ligação elétrica da construção em um edifício que agora estava ligado, eletricamente, 24 horas por dia, sete dias por semana. Não houve vez em que eu pudesse desligar a energia do prédio para fazer medições normais de ohms, e baixos níveis de tensões CC e 60 Hz podiam ser observados em todos os lugares, complicando ainda mais a situação.
O que fazer? Eu precisava projetar um método de teste que pudesse contornar as limitações e obter os dados de teste desejados. E, em uma instalação onde tínhamos uma variedade de equipamentos de teste quase ilimitado para utilizar, eu tinha todos os recursos que minha mente inventiva poderia precisar. A seguir, o que eu fiz.
Decidi medir a impedância CA entre os pinos de aterramento do receptáculo selecionados e as vigas de aço verticais próximas no edifício. A tarefa exigia que eu montasse um carrinho cheio de equipamentos de teste, que incluía
- Um gerador de funções para produzir ondas senoidais de baixa frequência. Selecionei uma frequência de 83 Hz para meus testes. Mais sobre isso mais tarde.
- Um amplificador de áudio de banda larga com um transformador de saída multitap, permitiu selecionar impedâncias de saída muito baixas para maximizar a corrente disponível.
- Um voltímetro de banda estreita sintonizado, para ler apenas as quedas de tensão, produzidas pela combinação gerador/amplificador no circuito entre a viga e a tomada do receptáculo.
- Um resistor de derivação de baixa reatância, para ser usado com o voltímetro sintonizado para determinar a corrente que flui no circuito entre a viga de aço e a tomada de aterramento do receptáculo.
- Uma régua de cálculo para calcular a impedância CA medida usando a Lei de Ohms.
Havia, é claro, vários cabos e pontas de prova para completar a configuração do teste, incluindo um cabo de extensão e um receptáculo de alimentação de quatro tomadas para fornecer alimentação a todos os eletrônicos operados na linha. Toda a configuração custou mais de 4.000 dólares, em 1963. E, por fim, havia a necessidade de remover tinta e primer dos pontos de teste da viga para fazer uma boa conexão elétrica.
Eu poderia ter medido a resistência CC do caminho usando técnicas semelhantes? A resposta é sim, mas isso exigiria um voltímetro de demodulação síncrona para decodificar os dados do segundo harmônico dos sinais CA. Eu poderia ter feito isso, mas não fiz.
Depois de testar a 83 Hz, experimentei 94 Hz. Por que os valores esquisitos? Não queria erros devido a possíveis interações entre os harmônicos de 60 Hz que eu sabia que estavam presentes, e os harmônicos da frequência de teste usada. E, ao acompanhar os dados obtidos nas duas frequências diferentes, fui capaz de estimar a indutância do circuito e, assim, calcular aproximadamente a resistência CC.
Então, como especificamente, alguém faz tal medição? Onde você se conecta?
O método que usei envolveu quatro cabos. Um para injetar corrente na viga e outro no soquete de aterramento do receptáculo para completar o loop de corrente para a fonte. Um terceiro cabo foi conectado à viga perto do ponto de injeção de corrente e o quarto ao pino inserido no soquete do receptáculo. (Como duas das quatro conexões dependem da conexão pino a soquete, isso é tecnicamente conhecido como uma medição de ohms de três terminais.)
O nível de corrente foi determinado medindo-se a queda de tensão no resistor shunt colocado em série com os condutores de corrente e, usando essa corrente e a queda de tensão da viga para o soquete, usei a Lei de Ohms para completar o exercício.
Qual é a diferença hoje. Por exemplo, o Equipamento de teste de aterramento Geo Fluke 1625. Com pouco mais de 3.200 dólares, esta ferramenta faz tudo o que eu estava fazendo em 1963 e mais. Na verdade, ele mede a resistência CC usando um método semelhante ao que optei por não fazer em meus testes. O 1625 fornece vários métodos para avaliar os sistemas de aterramento também. De fato, esse é o foco principal de seu projeto.
O que eu realmente gosto nesta ferramenta é o fato de que ela pode ser operada por bateria, o que significa que posso esquecer os cabos de extensão necessários no meu sistema de teste.
Epílogo
Acabei de executar um teste de aterramento de 3 polos na minha entrada de serviço usando o 1621. Fiz três leituras e a média delas, o resultado foi de 0,53 ohms. As três leituras variaram de um mínimo de 0,47 a um máximo de 0,56.
Depois, experimentei o mesmo teste com um DMM 289, usando o eletrodo de aterramento e a sonda. Ele mostrou 0,85 ohms. Não é muito ruim, você acha? Eu então inverti os cabos e tentei novamente. Desta vez ele mostrou menos 0,73 ohms, isso mesmo, ohms negativos, errado!
Não, você não pode calcular a média desses itens. Tudo o que você sabe com certeza é que há CC presente que está tornando ambas as leituras suspeitas, e você pode não saber disso se não inverter as derivações. Eu provavelmente poderia conceber um procedimento complicado para chegar perto usando o DMM, mas você não tem a opção de fazer o teste de três derivações e dificilmente vale a pena o esforço. Você realmente tem que saber o que está fazendo e como o medidor funciona para dar certo.
A propósito, todo o processo, incluindo colocar o fio, colocar as estacas de aterramento, testar e, em seguida, embalar toda a configuração levou menos de 30 minutos, e isso incluiu as medições usando o 289.
Em seguida, fui para o meu painel e testei as ligações entre o condutor de aterramento que vai para o eletrodo de aterramento e o barramento neutro no painel. Usei o teste de dois polos neste caso. Ele mostrou 0,08 ohms. Eu li um número semelhante com o 289 neste caso, e não vi a leitura negativa quando inverti os cabos. Como eu não compensei a resistência do cabo do medidor em nenhum dos casos, estou supondo que grande parte da leitura foi dos cabos de teste.