Novos instrumentos de teste elétrico para trabalhos em elevadores

Diversos produtos para facilitar e tornar mais segura a vida de projetistas, instaladores e técnicos de manutenção de elevadores, e como usá-los.

Por David Herres

No diagnóstico e reparo de elevadores, mais da metade do trabalho é elétrico. Isso não significa que os componentes mecânicos e estruturais sejam menos importantes, mas o fluxo de elétrons liga e desliga a cabine, abre e fecha as portas e permite que os sensores e atuadores, juntamente com os dispositivos de segurança, funcionem perfeitamente. Além disso, o fluxo de energia para o motor e os freios é uma parte crucial do processo. Esses elementos interagem com outros sistemas prediais (alarmes de incêndio e sprinklers) e, geralmente, com linhas telefônicas redundantes para serviços de emergência externos ao edifício.

Na maioria dos casos, quando eletricistas e pessoal de manutenção no local ou técnicos de elevadores externos são chamados, eles se deparam com um evento de menor gravidade que pode ser resolvido rapidamente. Um exemplo é a necessidade de verificar se as portas do poço do elevador estão firmemente encaixadas na posição fechada. Outro exemplo é a necessidade de reiniciar o controlador de movimento. Isso, no entanto, pode ser problemático. Reiniciar costuma ser a solução rápida e fácil, mas não resolve o problema subjacente. Por outro lado, quando uma cabine cheia de passageiros fica presa entre dois andares, podem surgir questões de saúde e segurança, que a maioria dos técnicos experientes leva em consideração e considera seriamente na tomada de decisões.

Este artigo pressupõe que a extração do passageiro tenha sido realizada, se necessário, e que a situação esteja estabilizada, sem ameaças à segurança ou à integridade do sistema do elevador. É agora que o equipamento de teste elétrico será utilizado. Tradicionalmente, volts, amperes e ohms eram medidos por um único instrumento — o multímetro, que ainda é essencial, apesar do surgimento de equipamentos de imagem. Atualmente, em oficinas ou laboratórios, um multímetro de bancada é comum devido aos seus diversos recursos avançados.

Contexto

Durante uma palestra em 1820, Hans Christian Ørsted ficou surpreso ao ver que a agulha de uma bússola se desviava de seu alinhamento com o Polo Norte magnético da Terra quando um condutor que transportava corrente elétrica era aproximado.

Empreendedores começaram a construir e comercializar instrumentos baseados nesse princípio. Eles mediam amperes e, reconfigurando o circuito e recalibrando o mostrador, o instrumento passou a medir volts. A partir daí, foi um passo simples medir a resistência e, com a adição de interruptores, criar o multímetro, que começou a aparecer em laboratórios e fábricas.

O Fluke 8808A

O multímetro digital de bancada Fluke 8808A possui inúmeras funcionalidades não encontradas em instrumentos portáteis comuns. No painel frontal, há um visor fluorescente de 5,5 dígitos com tecnologia de vácuo duplo. A leitura é nítida e de fácil visualização. É possível ler simultaneamente duas propriedades de um sinal na entrada: por exemplo, frequência em Hertz e corrente em amperes. No modo de resistência (ohms), as pontas de prova duplas opcionais, essenciais para leituras precisas de baixa resistência, permitem realizar medições com quatro fios. No modo de tensão (volts), a faixa de corrente contínua (CC) segura é de 200 mV a 1,000 V, e as leituras de corrente alternada (CA) podem ser feitas de 200 mV a 750 V, ambas com sensibilidade de 1 µV. Isso significa que o instrumento é adequado para trabalhar com inversores de frequência trifásicos de 480 V. Estes são amplamente utilizados, em conjunto com motores de indução, para alimentar elevadores. Na medição de resistência, a faixa é de 200 ohms a 100 megaohms, com sensibilidade de 1 miliohm. Valores de resistência mais baixos podem ser medidos inserindo-se um resistor em série. Na medição de corrente contínua (CC), a faixa é de 200 µA a 10 A, com sensibilidade de 1 nA. As medições de frequência podem ser feitas de 20 Hz a 1 MHz.

O 8808A realiza testes de continuidade e de diodo. As taxas de medição podem ser configuradas para 2.5, 20 e 100 amostras por segundo. Um modo de comparação está disponível para determinar se uma medição está dentro dos limites especificados. Uma interface RS-232 permite a operação remota. A calibração do medidor pode ser realizada sem abrir o gabinete.

O Fluke 87V

O novo multímetro portátil Fluke 87V, alimentado por bateria, é facilmente reconhecido pelo seu proeminente botão amarelo à esquerda, logo abaixo do visor. Por menos de US$ 430, é um excelente multímetro industrial e bastante adequado para trabalhos em elevadores. O produto é otimizado para manutenção de inversores e inversores de frequência (VFDs). Isso é particularmente útil no diagnóstico de problemas em motores de elevadores. O sinal de controle do controlador de movimento é tipicamente uma onda quase quadrada modulada por largura de pulso (PWM) com tempos de subida e descida muito rápidos. Os harmônicos de alta amplitude que acompanham o sinal podem confundir a função de seleção automática de escala de um multímetro convencional, obscurecendo o sinal de interesse. Ao pressionar o botão amarelo, o sinal é temporariamente desviado através de um filtro passa-baixa integrado, de modo que esses harmônicos não sejam exibidos na leitura do multímetro.

No modo passa-baixa, o 87V entra no modo manual. O usuário então seleciona a faixa desejada pressionando “Faixa”. Tudo isso é relevante para medir a entrada e a saída do inversor VFD, que são cruciais para o desempenho do motor do elevador. Os limites de tensão são 600 VCA e 1,000 VCC, portanto, este instrumento é adequado para trabalhar com inversores VFD trifásicos de 480 V, frequentemente usados ​​para alimentar motores de elevador. O medidor é isolado do terra do sistema e possui entradas isoladas, sendo seguro medir tensões referenciadas ao terra, mas que flutuam acima dele, bem como tensões de alimentação trifásicas e a tensão mais alta do barramento CC.

Outra funcionalidade valiosa para trabalhos em elevadores é a capacidade do medidor de medir temperatura. Uma sonda termopar tipo K está incluída. Especialmente útil na manutenção de elevadores, ela permite ao usuário verificar rapidamente as temperaturas em Celsius ou Fahrenheit em locais específicos. Por exemplo, as temperaturas dos mancais dianteiro e traseiro do motor podem ser medidas e comparadas. Além disso, as temperaturas dos terminais e semicondutores podem ser verificadas para localizar um problema ou como parte de um procedimento de manutenção de rotina.

O teste de continuidade é uma funcionalidade valiosa. Com a alimentação desligada e as tensões residuais eliminadas, pressione o botão de continuidade para ativá-lo. A função de continuidade detecta circuitos abertos e curtos-circuitos com duração de até 1 ms. Um sinal sonoro indica baixa resistência (ohms) e, consequentemente, curto-circuito.

Além da tensão, a função mais utilizada é a resistência. Novamente, o equipamento deve ser desligado e as tensões residuais, como em capacitores eletrolíticos, devem ser dissipadas. Não os interrompa com uma chave de fenda! A transição abrupta danifica capacitores eletrolíticos e semicondutores. Em vez disso, use um resistor de potência com garras de jacaré conectadas aos terminais e faça uma medição de tensão para verificar.

Lembre-se de que o valor medido de um resistor geralmente difere do seu valor nominal. Isso ocorre em parte porque o resistor pode ter uma tolerância de até 20% — indicada pela última faixa no código de cores — e em parte devido à introdução de resistência paralela no circuito associado, que pode ser eliminada cortando-se temporariamente um dos terminais do resistor.

A seguir, apresentamos uma maneira de evitar a incerteza inerente às leituras de baixa resistência. Como a condutância é o inverso da resistência, valores altos de condutância correspondem a valores baixos de resistência. A escala de 60 nS do 87V mede a condutância em nanosiemens, uma escala que permite ao usuário medir a resistência de componentes de até 100,000 megaohms (bem além da faixa de um multímetro convencional) com leituras de baixa resistência muito precisas. Para medir a condutância no modo ohms, pressione repetidamente o botão “Range” até que nS apareça no visor.

Pode haver ruído elétrico em leituras de alta resistência. Você pode suavizar uma leitura ruidosa entrando no modo de gravação “MIN MAX”. Em seguida, prossiga para a leitura “Média”. Com os cabos de teste abertos, há uma leitura de condutância residual. Use o modo “Relativo” para subtrair o valor residual.

O 87V pode ser usado para verificar um capacitor, o que pode ser feito indiretamente com um multímetro convencional, observando o ciclo de carga/descarga do capacitor. No entanto, o 87V pode medir a capacitância real, seja em um componente ou em um circuito, da seguinte forma: Use o botão giratório para selecionar “Teste de Diodo”. Se o diodo estiver em um circuito, o equipamento deve ser desligado e a tensão residual eliminada. O teste de diodo também pode verificar transistores, retificadores controlados de silício (SCRs) e outros semicondutores. O medidor envia corrente através da junção NP/PN e mede a queda de tensão. Em um dispositivo baseado em silício, uma medição de 0.5 a 0.8 V indica que o componente está em boas condições.

Para testar um diodo fora do circuito, conecte o fio vermelho ao terminal positivo e o fio preto ao terminal negativo. Em um circuito, um diodo polarizado diretamente em bom estado apresentará uma leitura de 0.5 a 0.8 V. A leitura em polarização reversa variará dependendo da resistência do circuito associado. Um bipe curto soará se o diodo estiver bom. Um bipe contínuo indica que o componente está em curto-circuito. Se estiver aberto, o visor exibirá “OL”.

Medir corrente com qualquer multímetro é problemático. Muitas precauções devem ser observadas. Considere que, no modo de volts, o multímetro é uma carga de alta impedância. As pontas de prova podem ser conectadas com segurança a qualquer fonte de tensão ou carga, desde que a tensão nominal do instrumento não seja excedida. Uma quantidade mínima de corrente flui através do instrumento.

No modo de corrente, a situação é totalmente diferente. O medidor é uma carga de baixa impedância e toda a corrente flui através dele. Dependendo da quantidade de corrente medida, o circuito e o instrumento podem ser danificados. O medidor possui proteção por fusível, mas se a corrente exceder a capacidade do fusível, podem ocorrer danos materiais e até mesmo um arco elétrico perigoso. Deve-se observar que a corrente máxima nominal de 87 V é de 10 A.

Outra dificuldade na medição de corrente com qualquer multímetro é o fato de o instrumento precisar ser conectado em série (e não em paralelo, como na medição de tensão) com o componente ou circuito a ser medido. Se houver um terminal de parafuso próximo, você tem sorte, mas a medição de corrente geralmente exige o corte de um dos fios e a posterior ressoldagem, o que é bastante difícil em uma placa de circuito impresso. Mas, como veremos ao analisar dois instrumentos recentes da Fluke, existe uma solução para essas dificuldades.

O Fluke T6-1000

O primeiro é um multímetro sem contato que mede volts e amperes em uma única leitura. É o Fluke T6-1000 Electrical Tester, muito mais seguro e eficiente do que os multímetros convencionais.

De acordo com as especificações do fabricante, o T6-1000 é classificado para medir 1,000 V, CA ou CC, e 200 A no modo de corrente. É seguro para 1,000 V em locais CAT III e 600 V em CAT IV, onde há maior corrente disponível. É adequado para trabalhos trifásicos de 480 V, incluindo o barramento de 678 VCC encontrado em inversores de frequência para motores de alta potência. O design de garfo aberto acomoda um condutor 4/0, como usado em uma instalação elétrica de 200 A.

O testador elétrico T6-1000 se assemelha a um amperímetro de alicate, mas funciona de maneira bastante diferente. O amperímetro de alicate realiza leituras de corrente detectando o campo magnético ao redor de um condutor por onde a corrente está fluindo. As garras se fecham ao redor do condutor, permitindo que a corrente flua através da bobina secundária do instrumento.

O T6-1000, por outro lado, detecta capacitivamente o campo elétrico ao redor de um fio energizado, mesmo quando não há carga ou corrente fluindo. Nenhum dos dois medidores consegue ler nada em um cabo como o Romex, ou em um cabo flexível que contenha um fio fase e um condutor de retorno neutro, ou em dois ou mais fios de fase opostos, porque a corrente e/ou a tensão (e, consequentemente, os campos magnéticos ou eletrostáticos) se cancelam, resultando em uma leitura zero.

A boa notícia é que você pode construir um divisor de tensão usando um método que funciona tanto para o amperímetro de alicate quanto para o T6-1000. Corte e remova alguns centímetros da capa externa e separe os fios branco e preto (ou de fase). Talvez você queira determinar quanta corrente um motor ou aparelho conectado por cabo e plugue está consumindo. Este divisor improvisado pode tornar isso possível.

Para medições de tensão, corrente e frequência sem contato, prenda firmemente o cabo preto. O fio deve estar posicionado contra o centro inferior das garras para realizar a leitura. Em seguida, antes de realizar a leitura, coloque o dedo no ponto indicado na parte traseira do multímetro. Isso cria um caminho capacitivo para o potencial de terra, permitindo que o multímetro detecte o campo eletrostático. Gire o botão rotativo para selecionar “Detecção de Campo”. O visor ficará verde quando estiver pronto para medir o campo elétrico. O multímetro sem contato Fluke T6-1000 também funciona como um multímetro convencional. Utilize os cabos para realizar medições comuns de tensão e resistência. O modo de resistência possui um indicador sonoro de continuidade. O T6-1000 não requer contato com um condutor energizado, portanto, o técnico nunca deve ser exposto a tensões perigosas.

O Fluke Modelo 325

Outro instrumento de teste sem contato é o alicate amperímetro Fluke Modelo 325. Amperímetros de alicate existem há anos, mas este multímetro digital possui muitos recursos adicionais. Ele também funciona como multímetro, com capacidade para medir voltagem, resistência, capacitância, frequência e, com a sonda especializada inclusa, temperatura.

Um amperímetro convencional precisa ser conectado em série com a carga para medir a corrente. Toda a corrente passa pelo medidor. Isso difere do voltímetro, que é conectado em paralelo com a carga e/ou fonte de alimentação. Ao medir a tensão, apenas uma pequena quantidade de corrente passa pelo instrumento.

Em resumo, o amperímetro convencional apresenta duas desvantagens. Primeiro, o circuito precisa ser temporariamente aberto (e reconectado posteriormente) para realizar a medição. Segundo, essa abordagem só funciona para circuitos eletrônicos de baixa corrente, não sendo adequada para motores. O amperímetro de alicate resolve esses dois problemas. Basta abrir as garras e inserir o condutor energizado. Como sempre, a corrente que passa por ele cria um campo magnético, e a corrente correspondente é induzida em um enrolamento dentro das garras. Isso é exibido no visor calibrado e com ajuste automático de escala. O condutor não precisa estar centralizado nas garras. Se estiver mais para um lado, o campo magnético será mais forte ali e mais fraco do outro, de modo que a média será a mesma. Isso pode ser verificado movendo o condutor durante a medição. A leitura em amperes permanecerá estável. Da mesma forma, não importa se o condutor passa em um ângulo (o que geralmente ocorre ao trabalhar dentro de um compartimento pequeno).

O multímetro 325 pode medir até 400 A, o que o torna útil em trabalhos com motores de grande porte. Ele mede corrente contínua (CC), alternando para o modo de "Efeito Hall", e os condutores não precisam ser isolados. Se a corrente for muito baixa para ser lida, enrole o condutor algumas vezes em torno de uma das garras para multiplicar a corrente por esse valor. Em seguida, divida o valor exibido no visor pelo número de voltas necessárias para obter o valor correto.

O modelo 325 inclui pontas de prova que se conectam à parte inferior, permitindo que o instrumento seja usado como um multímetro. Por exemplo, no modo de resistência (ohms), ele incorpora um indicador sonoro de continuidade, que mostra se a resistência é inferior a 30 ohms. Com a ponta de prova de temperatura inclusa, um botão no painel frontal alterna entre Celsius e Fahrenheit. No painel frontal, encontram-se os botões “Hold” (Reter), “MIN MAX” (Mínimo/Máximo) e “AC/DC” (Cabo/Corrente), além de um botão separado que ilumina o visor para condições de baixa luminosidade. Use esta função somente quando necessário para economizar bateria (duas pilhas AAA).

Os limites de tensão CA e CC são de 600 V com resolução de 0.1 V, portanto o medidor é adequado para trabalhos gerais com sistemas trifásicos de 480 V e é útil para inversores de frequência de 480 V. A tensão no barramento CC de um inversor de frequência de 480 V é de 678 V. Essa tensão de 678 VCC provém do retificador de onda completa e é baseada na tensão CA pico a pico.

O Fluke ScopeMeter

Os instrumentos descritos até agora são projetados para exibir valores numéricos em visores digitais, e fazem isso de forma muito clara e intuitiva. No entanto, durante o desenvolvimento de elevadores e o diagnóstico em instalações existentes, chega um momento em que engenheiros e técnicos precisam visualizar as formas de onda elétricas para entender o que está acontecendo no circuito. Isso é especialmente importante ao analisar a qualidade da energia trifásica na fonte do inversor de frequência. Além disso, é necessário verificar o barramento CC interno para garantir que a tensão esteja livre de ondulação CA. Em seguida, em um nível de tensão muito mais baixo, a entrada do inversor pode ser verificada para garantir que os sinais digitais sejam precisos, com limites adequados e temporização livre de jitter. Finalmente, a energia modulada por largura de pulso de alta tensão nos terminais do motor deve ser precisa e livre de ruído.

Um osciloscópio de bancada não é uma boa opção para visualizar esses sinais devido ao risco de tensões flutuantes, mesmo que referenciadas ao terra. Uma conexão inadequada com um osciloscópio de bancada pode resultar em um arco voltaico potente, que danificará o osciloscópio e o inversor de frequência, podendo inclusive ferir o usuário. Para este trabalho, geralmente utiliza-se um osciloscópio portátil, alimentado por bateria, com entradas isoladas do terra e entre si. Este instrumento tem ainda a vantagem de uma construção robusta, tornando-o adequado para uso fora do laboratório ou da oficina.

Um excelente instrumento para essa finalidade é o Fluke ScopeMeter (ELEVATOR WORLD, dezembro de 2018). O instrumento possui pontas de prova e entradas separadas para osciloscópio e multímetro. Além de exibir o sinal, um visor muito claro mostra volts, amperes, ohms e frequência, tornando o ScopeMeter um instrumento versátil e eficiente. É leve, portátil e bastante seguro para uso em sistemas trifásicos de 480 V.

Outras ferramentas Fluke

A Fluke está lançando uma nova linha de ferramentas manuais para eletricistas. Elas são classificadas como seguras para 1500 VCC, mas a Fluke as testou a 10,000 V. Alguns modelos estão ilustrados aqui. Podem ser adquiridas individualmente, em grupos ou como um conjunto completo. São fabricadas na Alemanha e possuem garantia vitalícia.