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Por nossos conhecimentos básicos de engenharia elétrica, sabemos que a corrente deve ser sempre medida em série para o consumidor. A resistência interna do amperímetro sempre produz uma alteração no circuito completo. É por isso que a resistência interna deve ser a mais baixa possível. No entanto, muitas vezes não é possível abrir o circuito para medir a corrente com um amperímetro, ou a corrente na rede de corrente alternada é muito alta, o que impede a medição da corrente por contato. É aqui onde entra em jogo uma pinça amperimétrica.
Princípio geral de funcionamento da pinça amperimétrica
Ao redor de cada condutor elétrico através do qual a corrente flui, é estendido um campo magnético, linear em relação à corrente que flui. No caso da corrente contínua, trata-se de um campo magnético DC e, no caso de corrente alternada, um campo magnético AC. A pinça amperimétrica usa esse efeito para medir, de acordo com o tipo de corrente, a corrente através de um sensor Hall (corrente contínua) ou através de um tipo de transformador (corrente alternada).
Qual pinça amperimétrica devo usar?
A seleção da pinça amperimétrica depende de vários fatores. O primeiro fator é a natureza da corrente. A pinça para corrente alternada é a mais utilizada. Para aplicações em que a corrente contínua também deve ser medida usando uma pinça amperimétrica, por exemplo, para medir a corrente do sistema de arranque de um veículo a motor, é necessário um dispositivo que também meça a corrente contínua. Normalmente, as pinças que medem a corrente contínua também medem a corrente alternada.
Outra questão ao considerar na hora de escolher a pinça de corrente correta é a amperagem. Em geral, quanto maior seja a corrente a ser medida, maior será o tamanho da pinça amperimétrica. Um tipo de design especial de uma pinça amperimétrica é a bobina Rogowski. Este tipo de pinça amperimétrica é frequentemente usado para medir correntes alternadas muito altas, porque aqui é possível ter pinças com tamanhos bem grandes. A grande vantagem da pinça amperimétrica que usa uma bobina Rogowski é que a bobina de medição é muito flexível em comparação com as mandíbulas que usam núcleo de ferro. Especialmente para medição em armários de distribuição, mas também em lugares de difícil acesso, se usa com frequência uma pinça amperimétrica flexível.
A pinça amperimétrica é frequentemente usada para medir potência elétrica. Este tipo específico de pinças de corrente é amplamente utilizado na tecnologia de medição elétrica. Nesses casos, é necessário levar em consideração o seguinte: A medição com este tipo de dispositivos unicamente é possível se em uma rede trifásica todos os condutores tiverem a mesma carga, ou seja, são simétricos. Sendo assim, é raro encontrar una carga simétrica e, na prática, só é encontrada em motores e aquecedores de 3 fases. Para medir as fases assimétricas em uma rede trifásica é necessário usar uma pinça para cada fase. A PCE Instruments oferece para esses casos a pinça amperimétrica adequada que integra as funções necessárias para medição de potência. Ao medir em uma rede trifásica a corrente das diferentes fases com a respectiva pinça amperimétrica e simultaneamente a tensão das 3 fases incluindo o condutor neutro, o usuário recebe uma série de resultados medidos e calculados da pinça amperimétrica trifásica com medição de potência. Especificando detalhadamente trata-se da tensão entre as fases, a tensão entre fase e neutro, a corrente de fase medida com a pinça de corrente, a potência ativa, aparente e reativa por fase e total, os fatores de potência, o deslocamento de fase por cada fase e a energia ativa, reativa e aparente.
Uma função especial de medição de uma pinça amperimétrica é a conhecida como Inrush. Esta função é usada sempre que for necessário medir a corrente de partida de uma máquina ou motor. A pinça de corrente está em um tipo de modo de espera após a ativação. Assim que a corrente é detectada pela pinça, ela é detectada com uma frequência de amostragem muito alta e é exibida na tela, mesmo se a corrente caia para um nível baixo após a inicialização do dispositivo.
Uma pinça amperimétrica TRMS é capaz de medir o valor da corrente TRMS. A sigla TRMS significa True Root Mean Square. A tradução em português é: "Verdadeiro valor efetivo". Isso significa que uma pinça amperimétrica TRMS mede a corrente com uma alta taxa de amostragem e calcula de acordo. Uma pinça amperimétrica sem a função TRMS mede o valor de pico, começando da base de uma onda sinusoidal e calcula o valor de corrente com o correspondente fator de forma. No entanto, se a corrente não for sinusoidal devido à carga ou a forma de onda de tensão, a pinça amperimétrica mostrará um valor de medição incorreto. Outras funções especiais, como medição de tensão ou de resistência e medição da temperatura, completam as funções de uma pinça amperimétrica.
Uma pinça amperimétrica serve para a medição indireta de magnitudes elétricas em condutos sob tensão. Ao contrário da medição direta de corrente, que requer desconexão do circuito elétrico, a pinça corrente executa essa medição sem contato. Para isso, esses dispositivos usam o princípio físico da indução magnética, no qual os condutos de corrente elétrica induzem em um campo elétrico mensurável. A medição sem contato oferece múltiplos benefícios. Por um lado, é possível medir em condutos isolados, sem a necessidade de interromper a operação de equipamentos elétricos e máquinas. Por outra parte, este procedimento evita as imprecisões na medição.
Ao determinar a força do campo elétrico que rodeia um condutor elétrico de corrente alternada, a pinça amperimétrica pode determinar com muita precisão a intensidade da corrente alternada. Uma pinça para medir corrente contínua usa um sensor Hall. O sensor mede o campo magnético gerado em torno de um condutor sob corrente contínua. Para isso, o condutor de corrente é guiado através de um núcleo laminado, isolado e divisível na parte dianteira da pinça amperimétrica. As pinças de corrente modernas transmitem o campo magnético gerado através das pinças aos circuitos eletrônicos e amplificadores dentro da pinça de corrente e convertem o campo elétrico ou a força do campo magnético, de acordo com o ajuste e o modelo, em corrente contínua ou alternada. Normalmente é possível visualizar o valor de medição em uma tela digital integrada na pinça amperimétrica. Dependendo do modelo e do tamanho da pinça, é possível visualizar a evolução gráfica.
O Sr. Ludger Göckeler apresenta neste vídeo de forma gráfica a pinça de corrente econômica PCE-DC 3.
Os correspondentes valores medidos podem ser lidos na tela digital. Contudo, a faixa de medição deste método de medição indireto e prático está limitada por dois parâmetros. Por um lado, é muito difícil medir com uma pinça correntes muito pequenas devido ao fato de que os campos magnéticos induzidos não podem ser detectados. Por outra parte, as seções transversais do condutor necessárias para as correntes elevadas e os núcleos de pinças com as correspondentes dimensões limitam a funcionalidade destes dispositivos de medição. Embora uma pinça amperimétrica não seja o instrumento de medição ideal para medir correntes particularmente baixas e seções transversais de condutores extremamente grandes e para a medição em lugares inacessíveis, o espetro de rendimento deste instrumento de medição prático e de medição imediata é suficiente para muitas aplicações.
Serve de amostra o setor automotivo. Com uma pinça amperimétrica é possível analisar a parte eletrônica defeituosa de um automóvel. A pinça amperimétrica também é muito útil na procura de correntes de fugas dentro de um veículo. Estes dispositivos são usados em muitas áreas, desde o uso particularde um aficionado, passando para o uso em oficinas, até em análises e valorações de magnitudes elétricas por técnicos e engenheiros.
A pinça amperimétrica indica “zero” mesmo que flui corrente
Esse fenômeno surge quando os fios L1 e N passam simultaneamente pelo condutor elétrico em uma rede monofásica. Nesse caso, os campos magnéticos de ambos fios se neutralizam reciprocamente, impedindo que a pinça amperimétrica meça qualquer corrente.
Correntes muito pequenas
Quando as correntes são muito pequenas é difícil que a pinça amperimétrica consiga mostrar um valor. Nesse caso, poderá enrolar várias vezes o fio pelo condutor elétrico da pinça amperimétrica. Deverá dividir o valor indicado no visor da pinça amperimétrica pelo número de vezes que foi enrolado o fio.
No contexto de veículos motorizados, as siglas EV significa Electric vehicle, em português veículo elétrico. Para as medições do sistema elétrico dos veículos a motor convencionais e de propulsão elétrica, uma pinça amperimétrica deve ser adequado para as medições de corrente contínua e deve ser o mais compacto e robusto possível devido ao fato de que o espaço geralmente é muito limitado.
Ao contrário dos veículos convencionais com motor de combustão, os veículos com propulsão elétrica requerem uma tensão e corrente muito mais altas para os potentes consumidores elétricos adicionais. É por isso que diferentes níveis de tensão são usados em veículos elétricos e híbridos, enquanto em veículos a diesel ou a gasolina convencional, todos os consumidores são normalmente alimentados por meio da bateria de 12 V (ou 24 V). Portanto, uma pinça amperimétrica para medições em veículos elétricos e híbridos deveria ser capaz de medir com precisão tanto os níveis baixos de corrente como, por exemplo, a iluminação do veículo, os reguladores das janelas e os painéis de comando, assim como os níveis altos de corrente ao longo do sistema de propulsão elétrico.
Dependendo do modelo de pinça amperimétrica, os resultados da medição de corrente contínua podem ser influenciados em maior ou menor grau pela magnetização prévia e por outras linhas que estejam perto do ponto de medição. É desejável que a pinça amperimétrica compense isso automaticamente por meio de uma verificação ou que possa simplesmente ser zerado antes da medição de tensão contínua.
Como a corrente alternada da rede elétrica é usada principalmente para carregar as baterias dos veículos elétricos, os conversores são instalados nos veículos para converter a corrente alternada em contínua. O tempo de carregamento necessário depende tanto da estação de carga quanto do equipamento do veículo elétrico. Não é possível acessar a cada fase dos cabos de carga, assim como outros cabos com conectores. Para poder medir as fases individuais com a pinça amperimétrica durante o processo de carregamento, existem adaptadores especiais. Por exemplo, existem caixas de medição às quais o cabo de carga é conectado e que são conectadas ao posto de carregamento por meio de um cabo adequado. A pinça amperimétrica pode então medir a corrente alternada em cada uma das fases de conexão da caixa.
Para obter medições precisas e de qualidade é necessário calibrar periodicamente a pinça amperimétrica. Calibração é um termo técnico para verificar a precisão de um dispositivo ou equipamento de medição através de medições comparativas. Os requisitos mínimos para os procedimentos de calibração de pinças amperimétricas para corrente contínua e corrente alternada de baixa frequência são descritos na diretriz VDI/ VDE/ DKD/ DGQ 2622 - Folha 23.1.
Equipamento para calibrar uma pinça amperimétrica
Os calibradores multifunção são frequentemente utilizados para calibrar instrumentos de medição de magnitudes elétricas. Estes calibradores produzem valores de saída estáveis ajustáveis que podem ser comparados diretamente com os valores exibidos da pinça amperimétrica. O calibrador utilizado deve ser verificado periodicamente com padrões de calibração mais precisos, ou seja, que também deve ser calibrado. Isso garante que a precisão das magnitudes geradas atenda os requisitos.
Para calibrar uma pinça amperimétrica, não é necessário que o calibrador esteja projetado para fornecer o maior valor de corrente. A amperagem fornecida pode multiplicar-se simplesmente por vários enrolamentos do condutor de corrente conectado ou por bobinas de medição especiais. A mesma amperagem circula por cada uma das bobinas. Se 50 enrolamentos forem rodeados pelo pinça amperimétrica ao mesmo tempo, a amperagem medida é multiplicada por 50. Isto significa que em vez de medir 10 amperes, a precisão de medição pode ser medida a 500 amperes. Isto se aplica tanto à corrente alternada quanto à corrente contínua.
Precisão
A precisão de cada pinça amperimétrica é indicada nas especificações técnicas. No entanto, o usuário da pinça amperimétrica necessita comprovar que o dispositivo cumpre com a precisão requerida. A precisão de tolerância admissível para a tarefa de medição pode ser menor ou maior do que a precisão indicada pelo fabricante para o tipo de dispositivo utilizado.
Por esta razão, para a avaliação dos resultados da calibração é necessário definir com precisão quais desvios são admissíveis para as faixas de medição individuais da pinça amperimétrica a ser testado. Caso o laboratório de calibração não receba nenhuma outra especificação, ele utiliza os dados de precisão indicados nas especificações técnicas do dispositivo. Se a precisão esperada não for alcançada ao calibrar a pinça amperimétrica, a mesma já não será útil ou apenas de forma limitada.
Pontos de referência
O número e a posição dos pontos de referência selecionados são importantes para a validade dos resultados da calibração. Uma pinça amperimétrica que tenha sido calibrado apenas para corrente contínua não deve ser usado para medições de corrente alternada. Uma pinça amperimétrica usado para medir corrente contínua, alternada e Inrush deve ser calibrado nesses três parâmetros. Pelo menos três pontos de medição devem ser verificados para cada um dos parâmetros. Os pontos de medição devem cobrir toda a faixa para a qual a pinça amperimétrica é utilizado. Quanto mais pontos de medição forem verificados, mais detalhados poderão ser avaliados os desvios encontrados.
