Ensaio de temperatura

Um ensaio de temperatura foi realizado para avaliar o comportamento da corrente de fuga do pararraios em função da variação de sua temperatura. O resultado do ensaio de temperatura realizado com a pastilha 4, seguindo a metodologia descrita no capítulo 4, seção 4.5 é apresentada na figura. 5.21.

Figura 5.21. Variação da corrente de fuga da pastilha 4, quando submetida ao ensaio de temperatura.

Constatou-se que tanto a componente capacitiva quanto resistiva da corrente de fuga sofrem influência da temperatura. A variação era prevista [16], e os valores são

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 26,4 30 35 40 45 50 55 60 C or re nte de F ug a r.m.s. (mA ) Temperatura (°C)

Variação de corrente de fuga e suas componentes x

temperatura

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coerentes quanto a figura 3.12. Não há registros que indiquem o padrão de variação da componente capacitiva com a temperatura, porém um possível motivo da variação encontrada é a variação dos valores das capacitâncias parasitas associadas ao sistema com o aumento da temperatura.

A corrente de fuga total sofreu um acréscimo de 26%, a componente capacitiva experimentou um aumento de 25% enquanto a corrente resistiva aumentou em 110%. É importante relembrar que conforme indica a figura 3.13 um grande aumento na corrente resistiva, não significa um aumento de mesma magnitude na corrente de fuga total.

5.6 Projeto e desenvolvimento do protótipo para diagnóstico de pararraios

Coletados indícios suficientes de que o valor de THD do pararraios pode indicar seu nível de degradação, foi desenvolvido um protótipo para que a corrente de fuga do pararraios em serviço pudesse ser amostrada e transmitida para uma CPU de processamento, onde seu valor de THD seria calculado. O digrama em blocos do protótipo é mostrado na figrua 5.22.

Figura 5.22: Diagrama em blocos do protótipo.

Para aferição da corrente de fuga no cabo de aterramento do pararraios foi usado um transformador de corrente (TC) de núcleo toroidal, com classe de isolação de 600V e relação entre a corrente do primário e secundário de 200:5, para maiores detalhes consultar o modelo TCl101 da Instrumenti [55]. Sendo assim, para correntes de fuga típicas entre 0,2 mA e 3 mA, espera-se um corrente no secundário do TC na ordem de 5 µA a 75 µA.

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A placa de condicionamento de sinais pode ser segmentada em duas partes, uma comercial e uma projetada especificamente para este trabalho. Decorrente do fato da saída da bobina ser uma tensão proporcional à derivada da corrente que passa no enrolamento primário, foi utilizado um amplificador da marca Rocoil que, além de amplificar, também integra o sinal. Desse modo, na sua saída encontra-se uma tensão proporcional à corrente primária e não à sua derivada. O integrador da ROCOIL, utilizado geralmente para Bobinas de Rogowski, teve uma boa adaptabilidade ao circuito.

A segunda parte da placa de condicionamento de sinais consiste de um circuito somador de ganho unitário, que fornecerá ao sinal de saída do integrador o nível DC necessário para que este possua a máxima excursão possível de sinal referente aos limites da entrada A/D do Arduino. O Arduino aceita entradas analógicas de 0-5V, por isso o circuito adiciona ao sinal AC da saída do integrador um nível DC referente a 2,5V. A figura 5.23 mostra o circuito utilizado.

Figura 5.23: circuito somador.

A amostragem do sinal é executada pelo Arduino Mega. A conversão A/D utiliza 10bits e uma taxa de amostragem de 50 khz, suficientes para o objetivo do projeto, para mais informações sobre o modelo utilizado consultar [52]. O envio dos dados é realizado por fibra óptica plástica, utilizando-se um LED cujo o drive é o terminal Tx do Arduino. O Firmware utilizado no Arduino está descrito no Apêndice F, e basicamente é um loop de aquisição e envio de dados.

O padrão escolhido para envio de dados para o computador foi o RS232. Esse padrão utiliza lógica invertida, ou seja, quando o dado binário transmitido for “1” o valor transmitido é “-V” e quando é 0, o valor transmitido é “+V”. Sendo assim o

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acionamento do LED também foi planejado para acontecer com lógica invertida, quando o dado a ser transmitido for “1” o LED estará apagado e quando for “0” o LED estará aceso. Segue na figura 5.24 o circuito de acionamento do LED.

Figura 5.24: Circuito de acionamento do LED.

O meio físico escolhido para a transferência dos dados foi a fibra óptica plástica e a escolha do LED na cor verde é justificada devido as janelas de transmissão da fibra, mostradas na figura 5.25.

Figura 5.25: Janela de transmissão da POF [56].

O LED verde utilizado possui o pico do comprimento de onda da luz emitida em 565nm, próximo a região de menor atenuação da POF. A possibilidade de atingir maiores distâncias de transmissão norteou a escolha da cor do LED. Para interpretação dos dados, na outra extremidade da fibra foi incorparado um circuito de interface para realizar a conversão de fibra óptica para RS232. O circuito utilizado é mostrado na figura 5.26.

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Figura 5.26: Circuito de conversão fibra óptica – Serial.

A conversão de luz em sinal elétrico é realizada pelo amplificador de transresistência. Ao ser iluminado, o fotodido (SFH250V) quando polarizado conforme a figura 5.26, permite que circule entre seus terminais uma corrente proporcional a potência óptica recebida [57]. O amplificador fornecerá em sua saída uma tensão igual o produto entre a corrente que circulará no fotodiodo e o valor da resistência de realimentação.

O segundo estágio serve para compatibilizar os níveis de tensão, afim de que os dados possam ser compreendidos pelo computador. O circuito é alimentado pela própria entrada serial do computador, utilizando os pinos 7 e 4.

O pino 7 – RTS (request to send) e o pino 4 - DTR (Data Terminal Ready) são originariamente pinos de controle que não se aplicam à configuração utilizada. Os sinais utilizados na comunicação serial variam de 3 a 15 volts positivos ou negativos, valores próximos de zero não são sinais válidos. Comumente os valores do RTS e DTR são negativos, então é necessário inverter um deles para alimentar o circuito, comando que é executado pelo software de captura dos dados do Arduino e será apresentado no código.

Quando o LED está apagado, bit a ser transmitido com valor lógico “1”, a corrente que circula no fotodiodo e a saída de tensão do primeiro estágio é próxima de zero, levando a saída do segundo estágio para “–V” (a magnitude de V depende do valor de RTS e DTR).

Quando o LED está aceso, bit a ser transmitido com valor lógico “0”, o fotodiodo permite que circule uma corrente em seus terminais e a tensão de saída do

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primeiro estágio torna-se maior que zero (função da distância da POF utilizada), levando a saída do segundo estágio para “+V” (a magnitude de V depende do valor de RTS e DTR).

Para visualização dos dados foi desenvolvido um software na plataforma Visual Basic, cujo o código se encontra no apêndice G. A tela do programa pode ser vista na figura 5.27.

Figura 5.27: Tela do software de aquisição de dados com sinal da pastilha 4 representado.

Após a configuração da porta de comunicação utilizada e a velocidade de transmissão, clica-se no botão iniciar para começar a aquisição. Devido à limitação de memória do Arduino, o software recebe 3700 (aproximadamente três ciclos e meio) pontos por vez, que ficam disponíveis na área de transferência de dados por 30 segundos para o usuário copiá-los. Os dados são então copiados para o EXCEL para posterior análise.

Representação gráfica do sinal

Área de transferência dos dados

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