ABNT – Associação
Brasileira de
Normas Técnicas
Medição dos campos magnéticos e elétricos de baixa
freqüência considerando a exposição de seres
humanos – Requisitos especiais para instrumentos e
guia para medições
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Palavra(s)-chave:
Campos, magnéticos, elétricos, medições
4 páginas
2
Sumário
Página
Prefácio .............................................................................................................................................. 3
Introdução............................................................................................................................................ 4
Cláusula
1 Escopo.............................................................................................................................................. 5
2 Referências normativas.................................................................................................................... 5
3 Definições......................................................................................................................................... 6
4 Símbolos......................................................................................................................................... 10
5 Medição de campos magnéticos alternados.................................................................................. 11
5.1 Especificações de instrumentos ................................................................................................. 11
5.2 Calibração ................................................................................................................................... 14
5.3 Incerteza da medição ................................................................................................................. 17
5.4 Registrando e reportando os resultados de medições .............................................................. 18
5.5 Procedimento de medição .......................................................................................................... 18
6 Medição de campos elétricos alternados ................................................................................... 19
6.1 Especificações de instrumentos ................................................................................................. 19
6.2 Calibração ................................................................................................................................... 21
6.3 Incerteza de medição ................................................................................................................. 23
6.4 Registrando e reportando resultados de medições ................................................................... 23
6.5 Procedimento de medição .......................................................................................................... 23
Anexos
A (normativo) Métodos de calibração .............................................................................................. 25
B (normativo) Fontes da incerteza de medição ............................................................................... 34
C (informativo) Características gerais de campos magnéticos
e elétricos quase-estáticos................................................................................................... 42
D (informativo) Medidor da densidade do fluxo magnético
(medidor de campo magnético) – Guia para medições ...................................................... 44
E (informativo) Medidor de intensidade de campo elétrico
(medidor de campo elétrico)– Guia para medições ............................................................ 55
F (informativo) Instrumentação para medição
de campo magnético estático .............................................................................................. 63
G (informativo) Unidades .................................................................................................................. 64
H (informativo) Bibliografia ................................................................................................................ 65
3
Prefácio
A ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas – é o Fórum Nacional de Normalização. As Normas
Brasileiras, cujo conteúdo é de responsabilidade dos Comitês Brasileiros (ABNT/CB) e dos Organismos de
Normalização Setorial (ONS), são elaboradas por Comissões de Estudo (ABNT/CE), formadas por
representantes dos setores envolvidos, delas fazendo parte: produtores, consumidores e neutros
(universidades, laboratórios e outros).
Os Projetos de Norma Brasileira, elaborados no âmbito dos ABNT/CB e ONS circulam para Consulta
Pública entre os associados da ABNT e demais interessados.
Os anexos A e B formam uma parte integral dessa norma.
Anexos C, D, E, F, G e H são para informação apenas
Palavras em negrito no texto são definidas na cláusula 3.
4
Introdução
O aumento do interesse em caracterizar a exposição humana a campos magnéticos e elétricos quaseestáticos em vários ambientes levou ao desenvolvimento e a comercialização de muitos medidores de
campo com uma grande variedade de especificações. Fontes de campos quase-estáticos incluem
dispositivos que operam na freqüência industrial (50/60 Hz), e produzem os campos e suas harmônicas na
freqüência industrial. Exemplos na última categoria incluem terminais de vídeo (varredura vertical de campo
magnético), vias férreas elétricas (16⅔ Hz e 25 Hz), sistemas de transporte de massa (0Hz até 3 kHz
dependendo das características do controlador de ajuste da velocidade), aviões comerciais (400 Hz),
aquecedores por indução (50 Hz à 9 kHz), e automóveis elétricos. Por causa das diferenças nas
características dos campos devido a suas fontes em vários ambientes, como por exemplo componente da
freqüência, variações temporais e espaciais, polarização e magnitude, os instrumentos usados e os
procedimentos de medição serão diferentes nos diversos ambientes. Comercialmente existe instrumentação
disponível para medir a exposição humana a níveis de campos, como também outros parâmetros que
caracterizam os campos. A instrumentação e os métodos de medição, usados para medir a exposição
humana, são o foco desse documento. Deve ser notado que os parâmetros que descrevem os campos
quase-estáticos e os mecanismos de interação com os seres humanos expostos a campos magnéticos e
elétricos são desconhecidos.
Os usuários dessa norma, incluem fabricantes de instrumentação e grupos ou indivíduos interessados em
caracterizar os campos magnéticos e elétricos quase-estáticos em relação a exposição humana. É
necessário que usuários que pretendam fazer medições tenham algum conhecimento da instrumentação
bem como das fontes dos campos e suas características. Se não houver tal conhecimento, é bastante
recomendado que haja um treinamento. Essa norma pode servir como um manual para o processo de
treinamento devido a informação técnica fornecida nos anexos.
5
1 Escopo
Esta norma fornece um guia para medição dos valores eficazes do estado-permanente de campos magnéticos
e elétricos quase-estáticos que têm componentes de freqüência que variam de 15 Hz a 9 kHz. Fontes de
campos quase-estáticos incluem dispositivos que operam nas freqüências industriais e produzem campos
nessas freqüências industriais e suas harmônicas, bem como dispositivos que geram campos independente da
freqüência industrial. Os limites de magnitude abordados por essa norma são de 100 nT a 100 mT e 1 V/m a
50 kV/m para campos magnéticos e campos elétricos, respectivamente. Quando medições fora desses limites
são realizadas, a maioria das provisões dessa norma ainda se aplicará, porém algumas provisões como
especificação da incerteza e o procedimento de calibração podem precisar de modificações. Em especial,
essa norma:
•
•
•
•
•
•
•
define terminologia;
identifica os requisitos de especificação do medidor de campo;
indica métodos de calibração;
define os requisitos aplicáveis à incerteza da instrumentação;
descreve as características gerais dos campos;
inspeciona os princípios operacionais da instrumentação;
descreve os métodos de medição que alcançam as metas definidas e relacionadas à exposição de
seres humanos.
Fontes de incerteza durante a calibração e a medição também são identificadas, e um guia é fornecido a
respeito de como devem ser combinadas a fim de determinar a incerteza total da medição. Com respeito da
medição de campo elétrico, essa norma considera apenas a medição da intensidade do campo elétrico não
perturbado em um ponto no espaço (i.e. o campo elétrico antes da introdução do medidor de campo e do
operador) ou em superfícies condutoras.
NOTA – Alguma separação entre os requisitos normativos de medição nas cláusulas 5 e 6, e exemplos de protocolos de
medição nos anexos D e E, é inevitável devido ao formato dos requisitos.
2 Referências Normativas
Os seguintes documentos normativos contêm provisões que, através da referência neste texto, constituem
provisões desta Norma. Na época de publicação, as edições indicadas foram válidas. Todos os documentos
normativos são assuntos para revisão, e grupos que entram em acordos, baseados nesta Norma, são
encorajados a investigar a possibilidade de aplicação das edições mais recentes de documentos normativos
indicados acima.
IEC 61000-3-2:1995, Compatibilidade Eletromagnética (EMC) – Parte 3: Limites – Seção 2: Limites para
emissão de corrente harmônica (corrente de entrada do equipamento ≤ 16 A, por fase)
IEC 61000-4-2: 1995, Compatibilidade Eletromagnética (EMC) – Parte 4:: Técnicas de teste e medição –
Seção 2: Teste de imunidade à descarga eletrostática – Publicação EMC Básica
IEC 61000-4-3: 1995, Compatibilidade Eletromagnética (EMC) – Parte 4: Técnicas de teste e medição – Seção
3: Teste de imunidade ao campo eletromagnético radiado de rádio freqüência
IEC 61000-4-4: 1995, Compatibilidade Eletromagnética (EMC) – Parte 4: Técnicas de teste e medição – Seção
4: Teste de imunidade a transientes rápidos – Publicação EMC Básica
IEC 61000-4-6: 1996, Compatibilidade Eletromagnética (EMC) – Parte 4: Técnicas de teste e medição – Seção
6: Imunidade para distúrbios conduzidos, induzidos por campos de rádio freqüência
IEC 61000-4-8: 1993, Compatibilidade Eletromagnética (EMC) – Parte 4: Técnicas de teste e medição – Seção
8: Teste de imunidade a campo magnético a freqüência industrial – Publicação EMC Básica
CISPR 11:1990, Limites e métodos de medição das características dos distúrbios eletromagnéticos dos
aparelhos industriais científicos e médicos (ISM) de rádio freqüência
ISBN 92-67-01075-1: 1993, Vocabulário internacional de termos básicos e gerais em metrologia, Organização
Internacional de Padronização.
ISBN 92-67-10188-9: 1995, ISO TAG, Grupo Técnico Consultivo de Metrologia ISO, Working Group 3, Guia
para a expressão da incerteza na medição.
IEEE Std 539: 1990, Definições de normas de termos relacionados à efeitos Corona de Campo nas linhas de
potência aérea.
6
3 Definições
Para os objetivos desta Norma, as seguintes definições se aplicam.
NOTA – Nessa norma, as palavras “densidade do fluxo magnético” e “campo magnético” serão consideradas sinônimos.
3.1 Testes
3.1.1
testes de aceitação
teste contratual para provar para o cliente que o dispositivo satisfaz algumas das condições das suas
especificações
3.1.2
testes de tipo
teste de um ou mais dispositivos feitos para um certo projeto para provar que o projeto satisfaz certas
especificações.
NOTA – Esse teste é normalmente feito pelo projetista/fabricante do dispositivo.
3.2 Medidores
3.2.1
medidor de intensidade do campo elétrico alternado
medidor projetado para medir campos elétricos alternados. Três tipos de medidor de intensidade de campo
elétrico estão disponíveis: medidor de espaço livre, medidor de referência de terra, medidor eletro-óptico.
NOTA – Os medidores de Campo Elétrico consistem de duas partes: a sonda ou elemento sensível de campo, e um
detector que processa o sinal da sonda e indica o valor r.m.s do campo elétrico através de um display analógico ou digital.
3.2.2
medidor eletro-óptico
medidor que mede a intensidade do campo elétrico através de mudanças na transmissão da luz por meio de
uma fibra ou cristal sob o efeito do campo elétrico.
NOTA – Enquanto vários métodos eletro-ópticos podem ser usados para medir campos elétricos, por exemplo o efeito
Pockels, o efeito Kerr, e técnicas interferométricas, esta norma considera apenas medidores de campo eletro-óptico que
utilizam o efeito Pockels.
3.2.3
medidor de espaço livre
medidor que mede a intensidade do campo elétrico em um ponto acima do chão, suspenso no espaço sem um
contato condutivo ligado à terra
NOTA – Medidores de espaço livre são comumente construídos para medir a corrente elétrica induzida entre duas
partes isoladas de um corpo condutor. Sabendo que a corrente elétrica induzida é proporcional a derivada do tempo da
intensidade de campo elétrico, o circuito do detector do medidor freqüentemente contém um estágio integrante com a
finalidade de recuperar a forma de onda da intensidade de um campo elétrico. A corrente da onda integrada também
coincide com a corrente recarregada induzida. O estágio de integração é também desejado , particularmente para a
medição dos campos elétricos harmônicos, pelo fato desse estágio (i. e. sua propriedade integrante) eliminar a carga
excessiva das componentes harmônicas no sinal da corrente induzida.
3.2.4
magnetometro fluxgate
instrumento desenvolvido para medir campos magnéticos através do uso das características magnéticas não
lineares de uma sonda ou elemento sensitivo que possui núcleo ferromagnético.
3.2.5
medidor de referência de terra
medidor que mede o campo elétrico na superfície do solo ou próximo dela, freqüentemente usado para medir a
corrente induzida ou a oscilação da carga entre um eletrodo isolado e o chão. O eletrodo isolado é geralmente
uma placa localizada no mesmo nível ou um pouco abaixo da superfície do solo.
NOTA– Medidores de referência de terra medindo a corrente induzida freqüentemente contém um circuito integrador
para compensar a relação derivativa entre a corrente induzida e o campo elétrico.
3.2.6
7
medidor da densidade do fluxo magnético
medidor desenvolvido parra medir a densidade do fluxo magnético
NOTA 1– Medidores de campos magnéticos consistem de duas partes: a sonda ou elemento campo-sensor, e um detector
que processa o sinal da sonda e indica o valor r.m.s do campo magnético em display analógico ou digital.
NOTA 2– Diferentes tipos de medidores são usados para a mesma coisa, como medidores de campo com sondas
indutivas (bobinas), medidores com sondas de efeito Hall, medidores que combinam duas bobinas com um núcleo
ferromagnético como em um magnetometro fluxgate
3.2.7
medidor mapeador
medidor de baixo peso operado por bateria que fornece uma leitura em tempo real e pode ser
convenientemente segurado pela mão a fim de fazer um mapeamento em diferentes localizações.
3.2.8
bobina de indução
sensor da densidade do fluxo magnético compreendido por uma bobina que produz uma voltagem induzida
proporcional a derivada do tempo de um campo magnético
NOTA 1– Visto que a voltagem induzida é proporcional para a derivada do tempo da densidade do fluxo magnético, o
circuito detector do sensor necessita de um estágio integrador para recuperar a forma de onda da densidade do fluxo
magnético.
NOTA 2– esse aparelho também pode ser usado para medir densidade do fluxo magnético estático (d.c.) se o aparelho
estiver em rotação.
3.2.9
sonda de efeito Hall
Sensor de densidade de fluxo magnético contendo um elemento que utiliza o efeito Hall para produzir uma
voltagem proporcional a densidade do fluxo magnético.
NOTA – Sondas de efeito Hall respondem a densidade de fluxos magnéticos estática ou variantes no tempo. A
sensibilidade limitada e problemas de saturação muitas vezes se deparam na tentativa de medir densidades de fluxo de
baixa freqüência industrial na presença de um substancial fluxo geomagnético estático da terra, sondas de efeito Hall têm
sido usadas raramente para medir campos magnéticos de linhas de corrente alternada.
3.3 Características de medidor
3.3.1
fator de crista
para funções periódicas, a relação do valor da crista da onda (pico, máximo) com o valor de seu r.m.s
3.3.2
diafonia
ruído ou sinal parasita gerado por sinais alternados ou sinais tipo pulso em circuitos adjacentes
3.3.3
resposta em freqüência
Resposta (leitura) de um medidor de campo com um campo de amplitude constante porém com diferentes
freqüências
3.3.4
banda passante
(1)
(transmissão de dados) uma faixa de espectro de freqüência que pode passar com uma baixa
atenuação
(2)
(circuitos e sistemas) uma banda de freqüências que passa por um filtro com uma pequena atenuação
(relativo a outras bandas de freqüência tal como uma fim de banda)
3.3.5
detector retificador de média (calibrado em r.m.s.) (ver 3.3.6)
circuito detector que retifica o sinal da sonda e é calibrado para fornecer o valor correto r.m.s. de um campo
senoidal em uma dada freqüência
NOTA– Se houver harmônicas no campo, um medidor de campo com um detector retificador de média (r.m.s.) não
indicará o verdadeiro valor r.m.s. de um campo se o sinal da sonda for proporcional a derivada do tempo do campo. Se o
detector contém um estágio de integração , o erro é reduzido. O erro também será uma função de relação de fase entre as
componentes harmônica e fundamental do campo [36], [61].
8
3.3.6
detector r.m.s verdadeiro (ver detector retificador de média (calibrada em r.m.s.))
detector que contém um componente de circuito que faz a operação matemática
(1)
para um sinal periódico v(t), onde T é o período do sinal.
NOTA 1 – se v(t) é proporcional à derivada do tempo do campo, o circuito detector também requer um estágio inicial de
integração para a operação r.m.s. a fim de recuperar a forma de onda da densidade do fluxo magnético [25], [61]. Esse tipo
de detector fornece o valor r.m.s verdadeiro de um campo contendo harmônicas, uma vez que a resposta em freqüência
do detector que é plana na faixa de freqüência de interesse.
NOTA 2 – se níveis significantes de harmônicas estão presentes em v(t), uma atenção particular deve ser dada a
possibilidade de efeitos de saturação do amplificador se a integração segue um ou mais estágios de amplificação.
3.4
Características dos campos
3.4.1
valor r.m.s máximo de campo elétrico (campo elétrico máximo)
medição de campos elétrico e magnético quase-estáticos elipticamente polarizados. Em determinado ponto, é
o valor da raiz média quadrática (r.m.s.) do semi-eixo maior da elipse do campo elétrico.
3.4.2
valor r.m.s máximo de campo magnético (campo magnético máximo)
medição de campos magnéticos e elétricos nas freqüências industriais. Em determinado ponto, é o valor da
raiz média quadrática (r.m.s.) do semi-eixo maior da elipse do campo magnético.
3.4.3
campo perturbado
campo que é modificado em magnitude ou direção, ou ambos, pela introdução de um objeto
NOTA– O campo elétrico na superfície do objeto é , geralmente, fortemente perturbado pela presença de um objeto. Nas
freqüências industriais, a densidade do fluxo magnético não é, em geral, muito perturbada pela presença de objetos que
estão livres de materiais magnéticos. Exceções são feitas para regiões próximas da superfície de condutores elétricos
espessos e regiões distantes de condutores espessos, se o condutor estiver próximo da origem de um campo magnético.
As perturbações nesses casos devem-se a oposição de campos magnéticos produzidas por correntes de Foucault nos
condutores.
3.4.4
campo não-perturbado
campo que existiria sem a presença de pessoas ou objetos móveis
3.4.5
campo quase-estático
campo que satisfaz a condição f << c ÷ l, onde f é a freqüência do campo, c é a velocidade da luz, e l é uma
dimensão característica de uma medida geométrica, por exemplo a distância entre a fonte do campo em um
ponto de medição
NOTA – Os campos magnéticos e elétricos das freqüências industriais próximos às linhas de potência e aparelhos
domésticos são exemplos de campos quase-estáticos.
3.4.6
campo elétrico resultante
campo elétrico fornecido pela fórmula
(2)
9
onde E x , E y e E z são os valores r.m.s. a três componentes ortogonais de campo
O campo elétrico resultante também pode ser fornecido pela fórmula
(3)
onde E max e E min são os valores r.m.s. do semi-eixo maior e semi-eixo menor do campo elétrico elíptico,
respectivamente. A resultante E R é sempre ≥ E max . Se o campo elétrico é linearmente polarizado, E min = 0 e
E R = E max . Se o campo elétrico for circularmente polarizado, E max = E min e E R ≈ 1,41E max .
NOTA – A definição de “intensidade eficaz de campo” na norma CENELEC em projeto ENV 50166-1 [5] é equivalente ao
campo magnético resultante ou campo elétrico resultante, dependendo da situação.
3.4.7
Campo magnético resultante
O campo magnético é fornecido pela fórmula
(4)
onde B x , B y e B z são os valores r.m.s. a três componentes ortogonais de campo
O campo magnético resultante também é fornecido pela expressão
(5)
onde B max e B min são os valores r.m.s. do semi-eixo maior e semi-eixo menor do campo magnético elíptico,
respectivamente. A resultante B R é sempre ≥ B max . Se o campo magnético é linearmente polarizado, B min = 0
e B R = B max . Se o campo magnético for circularmente polarizado, B max = B min e B R ≈ 1,41B max .
NOTA – A definição de “intensidade eficaz de campo” na norma CENELEC em projeto ENV 50166-1 [5] é equivalente ao
campo magnético resultante ou campo elétrico resultante, dependendo da situação.
3.5
Medidas
3.5.1
fator de correção
fator numérico pelo qual o resultado incorreto de uma medição é multiplicado a fim de compensar um erro
conhecido.
NOTA – Sabendo que o erro não pode ser determinado perfeitamente, a compensação não pode ser completa.
3.5.2
fator de cobertura
fator numérico usado como multiplicador de uma incerteza padrão combinada a fim de obter uma incerteza
expandida
NOTA – Para uma quantidade z determinada por uma distribuição normal com esperança matemática
µ z e desvio
padrão σ , o intervalo µ z ± kσ abrange 68,27, 95,45 e 99,73 porcento da distribuição para o fator de cobertura k = 1, 2,
e 3, respectivamente.
3.5.3
fator de escala
fator pelo qual o instrumento de leitura é multiplicado para obter sua quantidade de entrada
10
3.5.4
medição pontual (medição em um instante de tempo)
medição que é feita em algum instante e ponto no espaço, que não fornece informação considerando
variações temporais e espaciais do campo.
3.5.5
incerteza padrão
incerteza do resultado da medição expresso por um desvio padrão
3.5.6
incerteza da medição
parâmetro, associado com o resultado de uma medição, que caracteriza a dispersão dos valores que poderiam
ser razoavelmente atribuídos ao objeto medido
NOTA – A incerteza da medição geralmente compreende muitos componentes. Alguns desses componentes podem ser
estimados baseados em uma distribuição estatística de uma série de resultados de medição, e pode ser caracterizada por
desvios padrões experimentais. Estimativas de outros componentes podem ser baseadas na experiência ou outra
informação.
4
Símbolos
a
2a, 2b
B
Bf
Bj
= raio da bobina sonda; raio da sonda esférica de campo elétrico
= dimensões laterais da bobina retangular
= vetor densidade do fluxo magnético
= densidade do fluxo magnético (freqüência fundamental)
= densidade do fluxo magnético na j-ésima freqüência (j = 1 para freqüência fundamental)
B RLj
= nível de referência da CENELEC da densidade do fluxo magnético na j-ésima freqüência
B0
B x , y, z
= amplitude de campo magnético alternado
= campo magnético resultante
= densidade do fluxo magnético axial
= valores r.m.s. das componentes ortogonais da densidade do fluxo magnético
B max , B min
C
ce
d
D
E
Ei
E RLi
ER
E0
= valores r.m.s. do semi-eixo maior e semi-eixo menor da elipse do campo magnético
= capacitância parasita de uma bobina sonda
= coeficiente eletro-óptico do cristal de Pockels
= distância de placas paralelas; distância da fonte de um campo eletromagnético
= vetor de deslocamento elétrico
= intensidade de campo elétrico
= campo elétrico na j-ésima freqüência (j = 1 para freqüência fundamental)
= nível de referência do campo elétrico da CENELEC na j-ésima freqüência
= campo elétrico resultante
= intensidade de campo elétrico uniforme
E'
E x , y,z
= campo elétrico do cristal de Pockels
= valores r.m.s. de componentes ortogonais do campo elétrico
E max , E min
I
Ii
It
I
L
n
N
Q
r
= valor r.m.s. do campo elétrico no semi-eixo maior e semi-eixo menor da elipse
= corrente circulante na bobina de campo magnético
= luz incidente (medidor de campo eletro-óptico)
= luz transmitida (medidor de campo eletro-óptico)
= espessura do cristal de Pockels
= indutância da bobina sonda
= índice de refração
= número de espiras (sistema da bobina de campo magnético)
= carga induzida
= distância entre a fonte do campo magnético e a posição da medida; resistência da bobina
sonda e de seus terminais condutores
= impedância aproximada do circuito detector de entrada (medidor de campo magnético)
= área da superfície do eletrodo (medidor de campo elétrico)
= tempo
= período do sinal periódico
= voltagem
= sinal elétrico periódico
BR
Bz
R
S
t
T
V
v(t)
11
vp
= bobina sonda de voltagem
W
= relação entre a voltagem v p fornecida e a voltagem V induzida em uma bobina sonda
Z
αi
∆B max 1
= impedância no circuito de injeção de corrente
= fração da j-ésima harmônica do campo magnético
= maior diferença em porcentagem entre campo magnético no centro da sonda de eixo simples, e
o campo médio (na área da sonda) em um campo de um dipolo magnético
= maior diferença em porcentagem entre um campo magnético médio resultante e um campo
magnético no centro de uma sonda de três eixos em um campo de um dipolo magnético
= permissividade de espaço livre
= comprimento de onda da luz
= permeabilidade de espaço livre
= fluxo magnético
= freqüência angular do campo alternado
∆B max 3
ε0
λ
µ0
φ
ω
5
Medição de campos magnéticos alternados
5.1
Especificações de instrumentos
Os vários tipos de instrumentação disponíveis que caracterizam campos magnéticos quase-estáticos são
descritos em D.1. Suficiente informação deve ser fornecida com a instrumentação, incluindo as especificações
dos instrumentos e um manual de instrução claramente redigidos, para habilitar os usuários determinar a
conformidade dessa norma, ajudando-os a operar corretamente o medidor de campo, e para avaliar a utilidade
de aplicação do dispositivo para o usuário. Procedimentos de operações complexas devem ser evitados. As
especificações do instrumento que devem ser fornecidas e/ou satisfeitas são dadas abaixo.
NOTA – Instrumentos que não obedecem às especificações abaixo podem ser usados se demonstrado que, dentro das
condições que o instrumento é usado, os resultados obtidos não serão significantemente diferentes daqueles obtidos com
o medidor que obedece essa norma. Por exemplo, um medidor com um detector retificador de média, com ou sem um
estágio integrador, pode ser mostrado que as harmônicas no campo são desprezíveis, e se o instrumento for calibrado na
freqüência fundamental do campo.
5.1.1
Incerteza dos instrumentos
O sistema de medição para campos magnéticos alternados deve indicar o valor r.m.s. de campos magnéticos
uniformes com uma incerteza menor que ± (10% de leitura + 20 nT) após os fatores corretivos forem
aplicados, se for apropriado.
NOTA 1 – A incerteza de um instrumento é determinada por várias componentes como a incerteza da calibração, a
variação da eletrônica com a temperatura, estabilidade e fontes de ruído externo. A incerteza acima é associada com o
projeto e o funcionamento de um medidor de densidade de fluxo magnético em um campo praticamente uniforme. O
elemento 10% refere-se a incerteza durante a calibração na faixa de freqüência especificada para o instrumento e inclui
incertezas no valor da densidade do fluxo magnético e incertezas adicionais do processo de calibração (ver 5.2.2). O fator
de cobertura vale 2. A inclusão de 20 nT antecipa as incertezas instrumentais durante a calibração da escala mais
sensível e quando os campos da ordem de 0,1 µT são medidos.
NOTA 2 – Outras fontes da incerteza de medição e diretrizes para o tratamento das incertezas são dadas na cláusula B.1
e 5.3, respectivamente.
5.1.2
Escala de magnitude
A escala de magnitude na qual o instrumento opera com uma incerteza especificada deve ser claramente
indicada.
5.1.3
Banda passante
O instrumento deve ser fornecido com os dados de calibração ou especificações que habilitam o usuário a
estimar a incerteza em determinados níveis de campo quando estiver usando o instrumento em campos que
contenham diferentes freqüências. A informação também deve incluir a sensibilidade do instrumento para
freqüências além da faixa utilizável pretendida, por exemplo os pontos de
-3dB. A resposta de freqüência
do instrumento deve ser tal que o requisito da incerteza instrumental (ver 5.1.1) é preenchido na faixa de
freqüência pretendida.
12
NOTA – A incerteza instrumental permitida associada com a resposta da freqüência é aumentada para ± 20% (fator de
cobertura 2) para pequenos medidores de exposição pessoal, dispositivos que podem ser carregados no corpo, e que
periodicamente gravam a freqüência industrial e as harmônicas do campo magnético resultante (ver cláusula D.1).
5.1.4
Faixas de operação de temperatura e de umidade
As faixas de temperatura e de umidade relativa nas quais o instrumento opera com incertezas especificadas
deve ser pelo menos de 0 ºC a 45 ºC e de 5% a 95%, respectivamente. Mudanças repentinas de temperatura
que possam causar a condensação no instrumento devem ser evitadas (ver cláusula B.1).
5.1.5
Fontes de potência
Se baterias forem usadas, é conveniente prever um meio para indicar se a condição da bateria esta adequada
para uma operação apropriada do medidor de campo. Instrumentos usados para registrar exposição pessoal
devem ser capazes de operar pelo menos oito horas dentro dos limites especificados da incerteza antes de
serem trocados ou quando for necessário recarregar as baterias. Se baterias recarregadas forem usadas, é
recomendado que a instrumentação não seja operada enquanto estiver conectada a voltagem da rede.
Quando tal conexão for necessária, deve ser demonstrado que os campos parasitas do recarregador da
bateria, distúrbios conduzidos da rede de voltagem, e acoplamentos eletromagnéticos via os fios de conexão
(do recarregador de bateria) não afetam a medição (ver 5.1.8).
NOTA – Se baterias com coberturas ferromagnéticas são usadas nos medidores de exposição, cuidados
devem ser tomados para que as coberturas não influenciem significantemente nas leituras feitas pelo
instrumento (ver cláusula B.1).
5.1.6
Legibilidade da escala
A marcação analógica do medidor, ou os displays digitais de um mapeador de campo magnético deve ser
bastante grande para ser facilmente lida na distância de um braço. Se mais de uma faixa de sensibilidade for
fornecida, o valor máximo da escala na faixa selecionada deve ser indicado, e as unidades devem ser de fácil
interpretação. Para instrumentação com seleção de escala automática, a faixa de magnitude deve ser indicada
em outro lugar, por exemplo no manual do usuário. A instrumentação deve fornecer uma indicação clara das
unidades que estão sendo mostradas.
NOTA – Para cumprir com essa norma, a instrumentação comercializada antes da publicação dessa norma, a qual não
indica as unidades,deve ser fornecida com uma marca apropriada indicando as unidades. Isso pode ser feito pelo usuário
que pode aplicar a marca ao corpo do medidor de campo. Alternativamente, a marca fornecida pelo fabricante para o
usuário pode ser aplicada pelo usuário.
5.1.7
Dimensões do instrumento
As dimensões do envelope que contém o circuito detector e qualquer cabo conector devem ser fornecidas. O
tamanho das sondas ou elementos sensores deve ser apropriado para a variação espacial do campo medido
(ver cláusula B.1). Os elementos sensores devem ter uma área de 0,01 m², ou menor. Com instrumentos de
três eixos, os três elementos sensores devem ser centralizados (i.e. bobinas sondas que têm um ponto
central em comum) ou, se os elementos sensores não forem maiores que 0,05 m, eles têm que estar o mais
próximo possível um dos outros (ver cláusula B.1). A dimensão máxima do volume contendo as três bobinas
sondas combinadas, não deve exceder 0,2 m. As bobinas sondas podem ter seções retas circulares ou
quadradas; pequenos desvios dessas formas, como por exemplo onde bobinas concêntricas que se cruzam,
são permitidos.
As localizações e orientações das sondas que estão contidas dentro da caixa dos medidores de campo
magnético devem ser claramente indicadas no instrumento ou no manual de instrução.
5.1.8
Compatibilidade eletromagnética
5.1.8.1 Imunidade
a)
Campo elétrico da freqüência industrial
A instrumentação usada nas vizinhanças de equipamentos operando em alta-voltagem nas freqüências
industriais não deve ser afetada significativamente pelo ambiente do campo elétrico tão grande quanto
20kV/m, i.e. a influência do campo elétrico na leitura do campo magnético deve ser menor que 20nT. Este
requisito de imunidade pode se necessário ser aumentado para alguns ambientes extremos onde campos
elétricos tão fortes quanto 100kV/m podem existir, por exemplo próximos aos condutores de linhas de
transmissão de alta-voltagem.
13
NOTA 1 – Testes de imunidade a campos elétricos na freqüência industrial podem ser feitos usando sistemas de placas
paralelas descritos na cláusula A.2.
NOTA 2 – O efeito da proximidade do usuário ao instrumento (ver cláusula B.2) pode blindar ou aumentar o campo elétrico,
dependendo da área geométrica do campo e da localização do medidor do campo magnético em relação ao usuário.
b)
Campos eletromagnéticos radiados
A operação da instrumentação não deve ser afetada pela radiação eletromagnética entre 80 MHz e 1GHz com
um nível de campo elétrico de 3V/m r.m.s. Os testes da instrumentação devem estar em acordo com os
métodos descritos na IEC 61000-4-3.
A operação da instrumentação não deve ser afetada pela radiação eletromagnética entre 150 kHz e 80MHz.
Os testes devem ser conduzidos de acordo com os métodos descritos na IEC 61000-4-6 com um nível de
voltagem de 3V r.m.s. A instrumentação deve continuar operando normalmente durante os dois testes acima.
NOTA 1 – Equipamentos alimentados por bateria (dimensão < λ / 4 ) que não tem conexão com o chão ou com qualquer
outro equipamento (não-isolado), e que não será usado durante recarregamento da bateria, não precisa ser testado de
acordo com a IEC 61000-4-6.
NOTA 2 – É importante fazer testes de imunidade radiada em toda faixa de da freqüência de 25 MHz até 1 GHz. O limite
inferior de freqüência é importante por causa da alta probabilidade de que os instrumentos irão receber radiação na banda
de cidadão de 27 MHz.
NOTA 3 – Os requisitos de imunidade podem necessitar de um aumento devido a determinadas condições, por exemplo
durante medições próximas a antenas de transmissão de radio e telefones celulares (ver cláusula B.1, tabela B.2).
c)
Imunidade à transitórios
As especificações para a instrumentação conectada a rede elétrica a fim de realizar medidas definem testes
na porta da potência a.c. (interface de um medidor de campo com a fonte externa de potência ou rede de
alimentação) para o cumprimento da IEC 61000-4-4 (transitório elétrico rápido) em uma voltagem de pico de 2
kV. Uma degradação temporária da performance durante o teste que é auto-recuperável, é aceitável.
d)
Descarga eletrostática (ESD)
Durante a maioria das aplicações de medição, descargas eletrostáticas não são previstas na ou da
instrumentação. Entretanto, a porta do encapsulamento da instrumentação deve ser imune a um contato ou
uma descarrega de voltagem de pelo menos 2 kV e deve ser testada de acordo com os métodos descritos na
IEC 61000-4-2. Nenhuma degradação de performance deve ocorrer.
5.1.8.2
Emissões
a)
Emissões harmônicas
As emissões harmônicas da instrumentação com uma potência nominal de 50 W ou maior deve ser limitada de
acordo com os requisitos da IEC 61000-3-2.
b)
Distúrbios conduzidos – 0,15 MHz a 30 MHz (instrumentação conectada à rede elétrica).
Os limites para distúrbios de voltagem nos terminais de alimentação da rede elétrica podem ser caracterizados
através de detectores de média ou quase-pico e são dados abaixo em função da freqüência (ver CISPR 11,
classe B).
Tabela 1 – Limites de distúrbio de voltagem nos terminais da rede elétrica
Banda de
Freqüência
MHz
0,15 – 0,50
0,50 – 5
5 – 30
Quase-pico
dB( µ V)
Média
dB( µ V)
66
Diminui com o logarítimo da freqüência
para 56
56
60
56
Diminui com o logarítimo da freqüência
para 46
46
50
Os testes da instrumentação devem ser de acordo com os métodos descritos na CISPR 11.
14
c)
Distúrbios radiados – 30 MHz a 1000 MHz
As emissões eletromagnéticas da instrumentação contendo dispositivos operando em freqüências de 9 kHz ou
mais altas devem ser limitadas de acordo com os valores listados abaixo (ver CISPR 11, classe B).
30 dB( µ V/m) a 10 m
30 MHz a 230 MHz
37 dB( µ V/m) a 10 m
230 MHz a 1000 MHz
Os testes da instrumentação devem ser de acordo com os métodos descritos na CISPR 11.
NOTA – Os requisitos do teste acima foram obtidos da CISPR 1 e estão sujeitos a revisão. Os testes devem ser
conduzidos de acordo com a edição mais recente dessa norma.
5.1.9
Fator de pico
O sistema de medição deve medir corretamente o valor r.m.s. verdadeiro do campo, mesmo quando o fator de
pico do campo magnético for 3 (ver cláusula B.1).
NOTA – Muitos campos práticos exibem um grande fator de pico e a presença de um grande fator de pico pode resultar
em uma saturação indesejada nos estágios de amplificação do detector.
5.1.10 Durabilidade
O medidor e outros componentes do sistema devem ser fortes o bastante para resistir a vibração e choques
resultantes do transporte. Uma maleta para carregar o medidor é recomendada.
5.1.11 Peso
O peso da instrumentação deve ser fornecido. O peso de instrumentação portátil deve ser o mais baixo e o
mais prático para permitir uma operação manual sob condições restritas, por exemplo em alguns ambientes
industriais.
5.2
Calibração
5.2.1
Geral
Os sistemas de medição devem ser submetidos à calibração e a verificação de sua calibração durante toda
sua vida. Os testes de calibração referidos nessa norma são testes de tipo e testes de aceitação. Testes de
tipo são normalmente feitos pelo fabricante em um ou mais dispositivos. Testes de aceitação são
normalmente feitos pelo fabricante em cada medidor de campo. Testes de aceitação precisam ser repetidos se
houver grandes mudanças ou reparo nos instrumentos. Testes de verificação são feitos em intervalos de
tempo durante o uso do instrumento (ver 5.2.4). Todas as calibrações devem ser rastreáveis pelas normas
nacionais e internacionais através de uma série de calibrações, todas tendo incertezas declaradas.
Os três métodos de calibração a seguir são abordados por esta norma:
a)
b)
c)
5.2.2
calibração pela introdução de uma sonda do medidor de campo em um campo magnético calculado
(após medir as dimensões das bobinas e a corrente circulante nas bobinas);
calibração usando técnica de injeção de voltagem, e
calibração através da comparação com um sistema de medida de referência (ver cláusula A.1).
Procedimento de calibração
Calibrações são exigidas como parte dos testes de tipo, testes de aceitação (ver 5.2.1) e testes de
verificação periódicos (ver 5.2.4). Os procedimentos desta seção devem ser seguidos, quando apropriado, em
todos os casos. Para a calibração de faixas de magnitude mais altas (i.e. faixas não significantemente
influenciadas por campos magnéticos de fundo), a sonda do campo magnético deve ser colocada em um
campo praticamente uniforme produzido por um sistema de bobinas (ver cláusula A.1). O eixo da sonda deve
coincidir com o eixo do sistema de bobinas e o maior afastamento do campo do valor central deve ser menos
que 1% em toda a área da seção transversal da sonda.
NOTA 1 – As informações sobre os campos gerados por um sistema de bobinas retangulares, quadradas e circulares
(incluindo as bobinas de Helmholtz) são fornecidas em [17], [35], [56], [69] e A.1. Por exemplo, a densidade do fluxo
magnético produzida por uma única bobina quadrada (de muitas voltas do fio) de 1 m x 1 m vai satisfazer o requisito de
15
uniformidade para uma sonda com um diâmetro de 0,10 m (ver cláusula A.1). O tamanho da espira pode ser pode ser
aumentado ou diminuído para sondas maiores ou menores, respectivamente, de modo a manter o nível indicado de
uniformidade através da sonda. A calibração também pode ser feita através da técnica de injeção de voltagem ou por
comparação com um medidor de campo magnético de referência (ver cláusula A.1).
NOTA 2 – O requisito de uniformidade do campo durante a calibração pode ser relaxado para sondas grandes que são
usadas para determinar valores médios de campos não uniformes e, ou para aplicações onde os requisitos da resolução
espacial não são considerados importantes. Nesse caso o maior afastamento do campo de calibração do valor central
deve ser ≤ 1,5% sobre a área da seção transversal da sonda. Por exemplo, o campo produzido por uma bobina quadrada
1,3 m x 1,3 m satisfará esta exigência de uniformidade para uma sonda de diâmetro de 0,20 m.
A calibração de medidores de campo com um único eixo e cada eixo de medidores de campo de três eixos
deve ser feita com campos magnéticos senoidais ou com suas voltagens equivalentes (técnica de injeção de
voltagem) nos níveis e freqüências indicadas nas especificações do instrumento.
A densidade de fluxo magnético no sistema de bobinas deve ser conhecida como uma incerteza de menos
que ± 3% (fator de cobertura 1). A magnitude pode ser determinada pelo cálculo baseado nas medidas das
dimensões das bobinas (ver cláusula A.1), ou pela medição direta com um medidor de densidade de fluxo
magnético de referência com uma incerteza de medição suficientemente baixa. Se a técnica de injeção de
voltagem for usada como parte da calibração (ver cláusula A.1, dependendo do projeto do instrumento, isso
pode ser apenas possível durante os testes de tipo), a densidade do fluxo magnético equivalente é
determinada pela injeção da voltagem.
A incerteza da calibração será determinada por fatores tais como a incerteza no valor da densidade do fluxo
magnético no sistema de calibração ( ± 3%, ver cláusula A.1) ou a incerteza da voltagem injetada, a resolução
da leitura do instrumento testado, e a variação da leitura se o instrumento testado é repetidamente colocado
em um sistema de calibração. Outros fatores tais como campos magnéticos de fundo de ambientes podem
também comprometer a incerteza da calibração. Toda incerteza do processo de calibração (fator de
cobertura 1) não deve ser maior que ± (5% + 10 nT). Um fator de cobertura igual a 2 deve ser usado
quando houver a especificação da incerteza do instrumento, i.e. a incerteza do instrumento será neste caso
≤ ± (10% + 20 nT). A calibração deve ser rastreada para normas nacionais e/ou internacionais. Instruções
sobre o tratamento de todas as incertezas e uma lista das fontes de incertezas são dadas em 5.3 e cláusula
B.1, respectivamente.
Ao menos três níveis de campos magnéticos para cada faixa do medidor, suficientes para varrer de 30% a
90% da escala completa, devem ser gravados por medidores com displaysl analógicos. Pelo menos quatro
pontos, suficientes para varrer de 10% a 90% da escala completa, devem ser obtidos com medidores de
campo com display digital. Medidores de campos com capacidade de ajuste automático devem ser calibrados
em cada faixa em pelo menos três pontos representativos os quais varrem a maioria das faixas. Na faixa mais
sensível, um dos pontos de calibração deve se aproximar de 10% do valor máximo para tal faixa. Em uma
faixa menos sensível, um dos pontos de calibração deve ser 90% do valor máximo para essa faixa. Para ao
menos um nível de campo magnético, calibrações devem ser feitas em três freqüências que varrem a banda
passante, i.e. nas freqüências mais alta e mais baixa, e uma freqüência intermediária.
Quando calibrando cada eixo das sondas de três eixos, a ortogonalidade das sondas assim como a diafonia
entre o circuito do detector de cada sonda deve ser checado. A sonda de três eixos e campo magnético devem
ser configurados de modo que os eixos de cada sonda possam ser alinhados com a direção do campo
magnético sucessivamente. Para cada alinhamento das sondas, a saída das duas sondas restantes deve ser
medida e deve ser menos que 3% do sinal de uma sonda alinhada. Este exame de ortogonalidade das
bobinas tem que ser feito a apenas um nível de campo. A calibração do medidor de campo magnético com
sondas de três eixos deve ser também checada para uma orientação (na freqüência e nível de campo) onde
aproximadamente o mesmo fluxo passa através de todas as bobinas.
Durante os testes de tipo o ruído do fundo (ver cláusula B.1) deve ser determinado para cada escala que está
sendo calibrada. Se for significante em magnitude, deve ser reduzido ou combinado com outras fontes de
incerteza do instrumento. Isso deve ser feito para medidores de campo com eixo único e para cada eixo do
medidor de campo de três eixos.
A freqüência ressonante da bobina de calibração deve ser substancialmente maior do que as freqüências de
calibração de modo que as calibrações não sejam afetadas pelo fenômeno da ressonância (ver cláusula A.1).
Perturbações do campo calibrado devido às correntes imagem nas vizinhanças de planos de terra e dos
efeitos de proximidade de materiais ferromagnéticos devem ser desprezados (ver cláusula A.1).
A corrente para a calibração das bobinas deve ser praticamente livres (< 1%) de conteúdo harmônico.
16
5.2.3
Documentação de teste
Fabricantes de medidores de campo devem documentar os resultados dos testes e fornecer, em adição às
informações das especificações do instrumento (ver 5.1.1 a 5.1.11), as seguintes informações:
•
•
•
•
•
•
identificação da facilidade do teste;
identificação do cliente;
identificação do modelo do instrumento e do número de série;
o número único do relatório teste;
a(s) data(s) do(s) teste(s);
identificação da(s) pessoa(s) com responsabilidade técnica para reportar o teste;
Fabricantes de instrumentos também devem documentar seus procedimentos de calibração, indicando todas
as informações seguintes quando aplicáveis:
•
•
•
•
•
•
as dimensões e geometria da bobina de campo magnético;
a freqüência ressonante do sistema de bobinas;
a instrumentação para medição da corrente do sistema de bobinas; a incerteza dos instrumentos; a
data da última verificação de calibração;
a instrumentação usada para medição de voltagem (técnica de injeção de voltagem, ver cláusula A.1);
a incerteza dos instrumentos; a data da última verificação de calibração;
a relação do divisor de voltagem (técnica de injeção de voltagem, ver cláusula A.1); a dependência da
relação em função da freqüência; a incerteza no valor da relação;
a incerteza do sistema de medição de referência; as dimensões da sonda; a banda passante; a data
da última verificação de calibração.
Essa informação deve estar disponível aos clientes quando estes requisitarem. Quando tratando-se do uso da
instrumentação em situações onde litígio é antecipado, é recomendado que a calibração do instrumento seja
verificada para a faixa relevante da magnitude e a faixa de freqüência por uma aparelhagem independente.
Laboratórios de testes devem também obedecer aos requisitos acima, quando aplicáveis. Operadores de
laboratórios de calibração são encorajados a usar um sistema de qualidade conforme o Guia ISO 25 [31].
5.2.4
Testes de verificação
Quando possível, é desejável que os usuários dos instrumentos examinem a resposta de seus medidores de
campo usando a técnica de injeção de voltagem no momento quando o medidor é calibrado em um campo
conhecido ou logo após. Essa prática vai habilitar o uso da técnica de injeção de voltagem como meios de
verificar a calibração quando o sistema de bobinas não estiver disponível.
Uma segunda forma de verificação periódica de uma calibração de um medidor de campo a uma dada
freqüência é para examinar sua resposta para diferentes escalas quando colocado em um campo magnético
que pode ser reproduzido de maneira confiável usando um sistema de bobina de tamanho conveniente. Esta
abordagem assume que a geometria do sistema/sonda mantém-se a mesma e os níveis de campo
magnéticos de fundo não são significantes.
As verificações da calibração pelo usuário do instrumento não precisam ser exaustivas como os testes de
aceitação. Por exemplo, em freqüências relevantes à aplicação da medição, deve ser checado um ou dois
pontos em cada faixa do medidor de campo que será usado para medições a fim de verificar o fator de
escala.
NOTA – É recomendado que um ponto do teste esteja na metade superior de uma dada faixa.
Os resultados dos testes de verificação devem ser documentados e de fácil acesso. A documentação deve
incluir os dados dos testes e a identificação da pessoa(s) que fizeram o teste.
A verificação da calibração nas faixas de magnitude a serem usadas deve ser feita em intervalos regulares.
Um intervalo inicial de doze meses é sugerido. O intervalo pode ser alterado dependendo da variação da
resposta do medidor do campo entre verificações. Verificações devem também ser consideradas antes e após
períodos estendidos ou além do uso do medidor de campo, por exemplo se medições forem feitas por um
período de vários dias em uma semana. Esta prática é particularmente importante quando existem dificuldades
logísticas em retornar a localização da medição em um período tardio.
17
5.3
Incerteza da medição
A fim de determinar a incerteza total associada com a medição r.m.s. da densidade do fluxo magnético em
ambientes de medições diferentes, deve existir uma contagem apropriada de todas as fontes de incerteza. As
possíveis fontes de incerteza identificadas em 5.2 e B.1 são as seguintes:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
incerteza de calibração;
efeitos de mediação da bobinas durante a medição de um campo não uniforme (ver tabela B.1);
erros no posicionamento da sonda em campos não-uniformes;
resposta em freqüência ou limitações da banda passante;
blindagem inadequada do campo elétrico;
ruído de fundo;
ortogonalidade das bobinas de três eixos;
diafonia;
constante de tempo do instrumento;
temperatura.
Algumas fontes de incertezas podem ser reduzidas a níveis desprezíveis. Por exemplo, uma blindagem
apropriada pode reduzir a suscetibilidade à campos elétricos nas freqüências industriais e a interferência
eletromagnética a níveis desprezíveis [24]. Semelhantemente, suportes fabricados com materiais isolantes
podem ser usados para um posicionamento preciso da sonda do medidor de campo em campos altamente
não-uniformes.
NOTA – Pode haver ambientes de medição extremos para o qual uma blindagem adequada contra interferência
eletromagnética seja difícil, por exemplo próximo de estações de transmissão de alta freqüência (VHF) e ultra-alta
estações de radiodifusão (UHF).
Fatores de correção conhecidos (ver cláusula A.1) devem ser aplicados nas leituras obtidas com medidores
de densidade de fluxo magnético. Se for impraticável aplicar fatores de correção, a influência dos fatores
de correção deve ser tratada como uma incerteza de medição adicional.
Algum julgamento é necessário quando se faz um cálculo de incerteza. Se, por exemplo, um campo magnético
contém harmônicas, o valor r.m.s. real da densidade do fluxo magnético é dado pela fórmula
(6)
onde
B f é o valor de r.m.s. de uma componente do campo fundamental;
α i é a fração do i-ésimo harmônico.
Se as harmônicas diminuem em amplitude nas freqüências mais altas e a banda passante do medidor de
campo é inadequada para dar o valor total das harmônicas mais altas, o valor r.m.s. real da densidade do fluxo
magnético pode ainda não ser fortemente afetado pela resposta de freqüência limitada devido ao resultado
dado na equação (6).
Semelhantemente, deve ser admitido que incertezas durante a medição de campos magnéticos de aparelhos
domésticos ou outro equipamento elétrico, em função da distância da fonte, pode se tornar bastante grande
(por exemplo exceder 100%) quando o nível de campo da fonte aproxima-se do valor do campo magnético de
fundo. Neste caso, a incerteza deve incluir um termo adicional, “porcentagem do fundo”, abreviado como “%
do fundo”, onde “% do fundo” é equivalente a (campo de fundo / campo medido) x 100 %.
A avaliação das incertezas deve ser feita de acordo com a ISO TAG 4, WG 3 que exige que o desvio padrão
associado com cada quantidade que influência a medição deve ser determinado com base nas medições
feitas ou com base na experiência. O desvio padrão combinado deve ser obtido pela a raiz quadrada da soma
das variâncias (i.e. a raiz quadrada da soma dos quadrados dos desvios padrões). A incerteza expandida
(total) deve ser k vezes o desvio padrão combinado, onde k é o fator de cobertura. O fator de cobertura
deve ser 2 o qual, para distribuições Gaussianas, irá corresponder a um intervalo de confiança de
aproximadamente 95%.
18
5.4
Registrando e reportando os resultados de medições
A informação que é requerida quando os resultados das medidas são registrados e reportados pode variar
dependendo das metas das medições. Uma indicação clara das metas das medições deve ser fornecida
desde o início. A informação a seguir pertinente à instrumentação e as medições também devem ser
fornecidas em todos os casos:
•
•
•
•
•
•
•
•
identificação do fabricante;
identificação do modelo do instrumento;
data das medições;
tempo das medições;
incerteza total da medição;
uma identificação clara de qual quantidade de campo está sendo reportada, por exemplo o campo
magnético máximo, o campo magnético resultante, a componente do campo vertical, a média
ponderada no tempo (TWA), o valor r.m.s., etc. (unidades do sistema devem ser usadas; unidades
comuns podem ser expressas entre parênteses);
tamanho/geometria da sonda;
data do teste da última calibração/verificação.
Outras informações podem ser fornecidas, quando apropriadas, incluindo:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
banda de passagem do instrumento;
amostragem de freqüência;
descrição das atividades humanas quando dados relativos à exposição humana são apresentados;
desenhos que descrevem a área e as localizações onde as medições foram feitas;
informação estatística, por exemplo os valores de campo maiores e menores, médios, média
geométrica, etc;
resolução da freqüência de espectro para campos contendo freqüências múltiplas;
localizações de medição; identificação das fontes; condições de tempo;
identificação das pessoas que realizaram as medições;
condições da fonte, i.e. corrente de carga.
5.5
Procedimento de medição
5.5.1
Generalidades
A medição da densidade do fluxo magnético deve ser feita com instrumentos de três eixos e deve ser do
campo magnético resultante, exceto onde existe uma razão particular para o uso de instrumentos de um
eixo. Razões para usar instrumentos de um eixo incluem o desejo de saber a direção do campo e o campo
magnético máximo, o desejo de investigar a orientação e forma da elipse do campo magnético, e em casos
quando a direção de um campo linearmente polarizado já é conhecida.
NOTA – Certos instrumentos de três eixos também podem determinar esses parâmetros de campo (ver cláusula D.1).
Instrumentos de eixo único também podem ser usados para determinar o campo magnético resultante
usando as equações (3) ou (4) quando o nível de campo permanecer estável. Nesse caso, o uso de um
suporte feito de materiais isolantes para orientar a sonda nas direções ortogonais irá apressar o processo de
medição.
O tamanho da sonda ou dos elementos sensores deve ser apropriado para variações espaciais do campo que
está sendo medido. É recomendado que os elementos sensores possuam uma área de 0,01 m² ou menor (ver
5.1.7 e cláusula B.1.1).
A banda de passagem do instrumento deve ser apropriada ao conteúdo da freqüência do campo que está
sendo medida. Onde o campo é tal, que a banda passante do instrumento pode afetar significantemente a
leitura (i.e. onde mais de uma freqüência está presente no campo), a banda passante deve ser registrada e
reportada com os resultados.
Quando o campo magnético é produzido por um sistema de potência, as freqüências apresentadas serão,
normalmente, as fundamentais (50 Hz ou 60 Hz), mais as primeiras poucas harmônicas. A mínima banda
passante usada para medir tais campos deve ser estendida da freqüência fundamental para 500 Hz. Uma
banda passante mais estreita pode ser usada somente se puder ser demonstrado que o conteúdo harmônico
é suficientemente pequeno para o resultado de medição para ser desprezivelmente diferente, por exemplo
próximo às linhas de potência, ou se existe um motivo específico para medir uma faixa mais estreita de
freqüência.
19
NOTA – Quando avaliando o cumprimento do pré-padrão ENV 50166-1 [5] da CENELEC, é necessário medir o campo em
banda passantes de freqüências particularmente estreitas dentro da banda passante total.
Equipamentos portáteis que irradiam campos eletromagnéticos (por exemplo telefones celulares) devem ser
desligados ou não ser usados quando estiverem sendo feitas medições de campo magnético.
Quando medindo campos produzidos por fontes diferentes de sistemas de potência, a banda passante
precisará ser escolhida precisamente. Campos produzidos por um sistema de tração possuem uma freqüência
fundamental mais baixa, enquanto aquecedores de indução, terminais de display de vídeo, aviões comerciais,
chips, e harmônicas produzidas por diferentes motores de velocidade podem produzir campos em freqüências
mais altas. Quando estendendo a banda passante para freqüências mais baixas, deve-se tomar cuidado a fim
de evitar erros causados pelo movimento das sondas bobinas em campos estáticos. Tais erros podem
geralmente ser evitados segurando a bobina fixamente (ver nota em B.1.5).
5.5.2
Medição da exposição humana
Deve ser reconhecido que medições em campos magnéticos praticamente uniformes correspondem a expor o
corpo humano total se presente na localização e hora da medição. Medições de campo magnético em campos
não uniformes têm uma interpretação mais restrita ao determinar a exposição humana, i.e. a medição do
campo representa a exposição humana apenas para aquela porção de anatomia humana a qual coincidiria
com o local da medição. A escolha do(s) local(ais) da medição pode variar dependendo em parte das fontes
do campo e da posição relativa do ser humano, por exemplo deve-se considerar as diferenças entre
barbeadores elétricos, secadores de cabelo, máquinas de serrar e soldadores.
Como parte do processo para desenvolver o protocolo de medição para determinar a exposição humana a
campos magnéticos, as metas de medição e métodos para alcançá-los devem ser claramente indicados. Uma
definição clara das metas é necessária para determinar os requisitos de instrumentação e calibração, por
exemplo a banda de passagem, escala de magnitude, e pontos de freqüência de calibração. O protocolo de
medição deve indicar qual(ais) parâmetro(s) de campo deve ser medido, quando as medições forem feitas, e
como as medições devem ser feitas. Deve ser dado ênfase, em geral, em um único protocolo de medição não
será aceitável para todas as situações de medição. Discussões adicionais de metas e métodos usados para
caracterizar campos magnéticos são fornecidos em D.3. Um exemplo de protocolo de medição de campo
magnético, que considera se as exposições humanas à densidade do fluxo magnético em subestações estão
de acordo com o pré-padrão ENV 50166-1 [5] da CENELEC, é dado em D.4.
6
Medição de campos elétricos alternados
6.1
Especificações de instrumentos
Os vários tipos de instrumentação disponíveis que caracterizam campos elétricos quase-estáticos são
descritos na cláusula E.1. Informação suficiente deve ser fornecida com a instrumentação incluindo
especificações do instrumento e um manual de instrução claramente escrito para habilitar o usuário a
determinar a obedecer esta norma, para ajudá-los a saber operar o medidor de campo e para avaliar a
utilidade do dispositivo para a aplicação do usuário. Procedimentos de operação complicados devem ser
evitados. As especificações do instrumento que devem ser fornecidas e/ou satisfeitas são dadas abaixo.
NOTA – Instrumentos que não obedecem as especificações abaixo podem ser usados se conseguirem demonstrar que,
sob as condições que o instrumento for usado, os resultados obtidos não irão diferir significantemente daqueles obtidos
com um medidor que obedece esta norma. Por exemplo, um medidor com um detector de retificador de média, como
ou sem um estágio integrador, pode ser usado se puder mostrar que as harmônicas em um campo são desprezíveis, e se
o instrumento for calibrado para a freqüência fundamental do campo.
6.1.1
Incerteza dos instrumentos
O sistema de medição para campos elétricos alternos deve indicar o valor r.m.s. de campos elétricos
uniformes com uma incerteza de menos que ± (10% da leitura +2V/m) após os fatores de correção forem
aplicados, se for apropriado.
NOTA 1 – A incerteza do instrumento é determinada por diversas componentes como a incerteza de calibração, a
mudança de temperatura dos eletrônicos, a estabilidade e fontes de ruídos externos. A incerteza acima é associada com o
projeto e funcionamento do medidor de campo elétrico em um campo aproximadamente uniforme. O elemento 10% referese à incerteza durante a calibração (ver 6.2) sobre a faixa da freqüência (banda passante) especificada para o
instrumento, e inclui incertezas no valor da incerteza de um campo magnético e incertezas adicionais durante o processo
de calibração (ver 6.2). O fator de cobertura vale 2. A inclusão de 2 V/m antecipa a incerteza instrumental durante a
calibração das escalas mais sensíveis e quando campos de 10 V/m são medidos.
20
NOTA 2 – Para campos elétricos entre 1 V/m e 5 V/m, a incerteza deve ser menor do que ± 40% (fator de cobertura 2)
depois que o fator de cobertura tiver sido aplicado, se for apropriado.
NOTA 3 – Outras fontes de incerteza de medição e diretrizes para o tratamento de incerteza são dadas em B.2 e 6.3,
respectivamente.
6.1.2
Escala de magnitude
A escala de magnitude para a qual cada instrumento opera com a incerteza especificada deve ser claramente
indicada.
6.1.3
Banda passante
O instrumento deve ser fornecido com dados de calibração ou especificações que habilitarão o usuário a
estimar a incerteza máxima em determinados níveis de campo quando usando os instrumentos em campos
contendo freqüências diferentes. A informação deve também incluir a sensibilidade do instrumento a
freqüências além d faixa intencional de uso. A resposta em freqüência do instrumento será tal que o requisito
da incerteza do instrumento (ver 6.1.1) é cumprido sobre a faixa de freqüência para a qual é pretendido.
6.1.4
Variações de temperatura e umidade na operação
As variações de temperatura e umidade para as quais o instrumento opera juntamente com a incerteza
especificada deve ser não menos que 0 ºC a 45 ºC e 5% a 95%, respectivamente. Mudanças repentinas de
temperatura que podem causar condensação no instrumento e/ou no suporte isolante deve ser evitado (ver
cláusula B.2).
6.1.5
Fontes de potência
Se baterias forem usadas, provisões devem ser feitas para indicar se a condição da bateria está adequada
para uma operação apropriada de um medidor de campo. Instrumentos usados para gravar exposição de
pessoas devem ser capazes de operar por pelo menos oito horas dentro da faixa de incerteza antes de serem
trocados ou quando for necessário recarregarem as baterias. Se baterias recarregadas forem usadas
(medidores eletro-ópticos, medidores de espaço livre opticamente conjugados ao detector e medidores
de referência de terra), é recomendado que a instrumentação não seja operada enquanto estiver conectada à
rede de voltagem. Quando tal conexão for necessária, deve ser demonstrado que os distúrbios conduzidos a
partir de rede de voltagem, e um acoplamento eletromagnético via terminais de conexão (ao recarregador de
bateria) não afeta a medição (ver 5.1.8). Não deve existir conexão de cabos nos medidores de espaço livre.
6.1.6
Legibilidade da escala
A marcação analógica do medidor, ou os displays digitais, de um medidor de espaço livre de campo elétrico
deve ser bastante grande para ser facilmente lida a distância para evitar perturbações significantes do campo
elétrico devido aos efeitos de proximidade do observador (ver cláusula B.2). O uso de medidores de espaço
livre com displays remotos (ver E.2.1) evitam as dificuldades associadas com a leitura dos displays à
distância. Se mais de uma escala de sensibilidade é fornecida, o valor total da escala da faixa selecionada
deve ser indicado, e as unidades devem ser de fácil interpretação. Para instrumentação com seleção
automática de escala, a faixa de magnitude deve ser indicada em outro lugar, por exemplo no manual do
usuário. A instrumentação deve fornecer uma indicação clara das unidades que estão sendo mostradas.
6.1.7
Dimensões do instrumento
As dimensões para medidores de campo elétrico deve ser dadas de acordo com o tipo de medidor:
a)
medidor de espaço livre: dimensões da sonda e comprimento do suporte isolante;
b)
medidor de referência de terra: dimensões da sonda e do detector, e comprimento do cabo coaxial
de ligação;
c)
medidor eletro-óptico: dimensões da sonda e do detector e comprimento da fibra óptica de conexão.
6.1.8
Compatibilidade eletromagnética
Campo magnético na freqüência industrial
A instrumentação usada nas vizinhanças de equipamentos que operam com alta-voltagem nas freqüências
industriais não devem ser afetada significantemente pelo campo magnético do ambiente tão forte quanto 1 mT,
i.e. a influência do campo magnético na leitura do campo elétrico deve ser menor que 1 V/m. A instrumentação
deve ser testada de acordo com os métodos descritos na IEC 61000-4-8.
21
NOTA – Testes de imunidade para campos magnéticos nas freqüências industriais podem ser feitos usando os sistemas
de bobinas descritos na cláusula A.1.
Ver 5.1.8 para outros requisitos sobre imunidade e emissão.
6.1.9
Durabilidade
O medidor e os outros componentes do sistema devem ser fortes o bastante para resistir a vibração e choques
resultantes do transporte. Uma maleta para carregar o medidor é recomendada.
6.1.10 Peso
O peso da instrumentação deve ser fornecido. O peso do medidor de espaço livre de campo elétrico deve ser
mantido o mais baixo e prático para permitir uma operação manual com um suporte isolante de 2m.
6.2
Calibração
6.2.1
Generalidades
Sistemas de medição são requeridos para serem submetidos à calibração e a verificação de sua calibração
durante sua vida de utilização. Os testes de calibração referidos nessa norma são testes de tipo e testes de
aceitação. Testes de tipo são normalmente feitos pelo fabricante em um ou mais dispositivos. Testes de
aceitação são normalmente feitos pelo fabricante em cada medidor de campo. Testes de aceitação precisam
ser repetidos se houver grandes mudanças ou reparo nos instrumentos. Testes de verificação são feitos em
intervalos de tempo durante o uso do instrumento (ver 6.2.4). Todas as calibrações devem ser rastreáveis
pelas normas nacionais e internacionais através de uma série de calibrações, todas tendo incertezas
declaradas.
6.2.2
Procedimento de calibração
Calibrações são exigidas como parte dos testes de tipo e testes de aceitação (ver 6.2.1), e testes de
verificação periódicos (ver 6.2.4). Os procedimentos descritos nesta sub-cláusula devem ser acompanhados
apropriadamente em todos os casos. Durante a calibração a sonda de medidor de campo deve ser colocada
em um campo praticamente uniforme produzido por placas paralelas de acordo com o tipo de medidor, como
descrito na cláusula A.2. O afastamento do campo do centro das placas paralelas do valor do campo uniforme,
i.e. o campo produzido pelas placas paralelas infinitas, deve ser menor que 1% (ver cláusula A.2). O
espaçamento entre as placas paralelas deve ser suficiente a fim de evitar efeitos de proximidade quando a
sonda do medidor de campo é introduzida entre as placas (ver cláusula A.2). Por exemplo, medidores de
espaço livre com uma dimensão diagonal não maior que 0,23m podem ser calibrados no centro das placas
paralelas com espaçamento de 1,5m x 1,5m x 0,75m. O suporte isolante normalmente usado durante as
medições do campo deve ser usado para suportar o medidor de campo entre as placas. As dimensões das
placas paralelas podem ser aumentadas ou reduzidas para medidores de espaço livre de dimensões
maiores ou menores, respectivamente.
NOTA – Outros métodos que produzem campos elétricos são aceitáveis se produzirem um campo uniforme igual sobre
um volume igual.
A calibração de medidores de campo com um único eixo e cada eixo de um medidor de campo de três eixos
deve ser feita com o campo magnético senoidal a níveis e freqüências indicadas pelas especificações do
instrumento.
A intensidade do campo elétrico no sistema de placas paralelas deve ser conhecida como uma incerteza de
menos que ± 3% (fator cobertura 1). A magnitude pode ser determinada pelo cálculo baseado na medição
do espaçamento entre as placas paralelas e voltagem (ver cláusula A.2), ou pela medição direta com um
medidor de intensidade de campo elétrico de referência com uma incerteza de medição suficientemente
baixa.
A incerteza da calibração será determinada por fatores tais como a incerteza dos valores da intensidade de
campo elétrico no sistema de calibração ( ± 3%), a resolução da leitura do instrumento testado, e a variação
da leitura se o instrumento testado é repetidamente colocado em um sistema de calibração. Toda incerteza do
processo de calibração (fator de cobertura 1) não deve ser maior que ± (5% + 1 V/m). Um fator de
cobertura igual a 2 deve ser usado quando houver a especificação da incerteza do instrumento, i.e. a
incerteza do instrumento será neste caso ≤ ± (10% + 2 V/m). A calibração deve ser rastreada para normas
nacionais e/ou internacionais. Instruções sobre o tratamento de todas as incertezas e uma lista de fontes de
incertezas são dadas em 6.3 e cláusula B.2, respectivamente.
22
Ao menos três níveis de campos elétricos para cada faixa do medidor de campo, suficiente para varrer 30% a
90% da escala completa, deve ser registrado por medidores com displays semelhantes. Pelo menos quatro
níveis de campo elétrico, suficientes para varrer 10% a 90% da escala completa, podem ser registrados em
medidores de campo com displays digitais. Medidores de campos com capacidade de seleção automática
devem ser calibrados em cada faixa em pelo menos três pontos representativos que varrem a maioria da faixa.
Na faixa mais sensível, um dos pontos de calibração deve estar próximo de 10% do valor máximo de tal faixa.
O campo máximo medido (medidores dos tipos de espaço livre e eletro-óptico) deve ocorrer quando o eixo
da sonda é girado em ± 10º dentro da direção vertical (ver figura A.7). Medidores de campos com leituras que
não conseguem satisfazer os critérios acima devem ser considerados imprecisos. Para ao menos um nível de
campo elétrico, calibrações devem ser feitas em três freqüências que varrem a banda passante, i.e. nas
freqüências mais alta e mais baixa, e uma freqüência intermediária.
Fontes de potência para placas paralelas devem fornecer voltagens que estão praticamente livres ( ≤ 2 %) de
conteúdo harmônico. Quando isso não for possível, o conteúdo harmônico deve ser registrado e deve ser
demonstrado que o conteúdo harmônico faz uma diferença desprezível nos resultados de calibração.
6.2.3
Documentação do teste
Os fabricantes de medidores de campo devem documentar os resultados dos testes e fornecer, juntamente
com os dados para as especificações do instrumento (ver 6.1.1 a 6.1.10), as seguintes informações:
•
•
•
•
•
•
identificação da facilidade do teste;
identificação do cliente;
identificação do modelo do instrumento e do número de série;
o número único de relatório de teste;
o(s) dado(s) do(s) teste(s);
identificação da(s) pessoa(s) com responsabilidade técnica para reportar o teste;
Os fabricantes de instrumentos também devem documentar seus procedimentos de calibração, indicando pelo
menos as informações a seguir, como também a aplicabilidade:
•
•
•
as dimensões das placas paralelas
a instrumentação usada para medição de voltagem para placas paralelas; a incerteza dos
instrumentos; os dados da última verificação de calibração;
a incerteza do sistema de medição de referência; dimensões da sonda; a banda passante; os dados
da última verificação de calibração.
Essa informação deve estar disponível aos clientes quando estes requisitarem. Quando se tratando do uso da
instrumentação em situações onde litígio é antecipado, é recomendado que a calibração do instrumento seja
verificada para a faixa relevante da magnitude e a faixa de freqüência por uma outra aparelhagem
independente.
Laboratórios de testes devem também obedecer aos requisitos acima, quando aplicável. Operadores de
laboratórios de calibração são encorajados a usar um sistema de qualidade conforme o Guia ISO 25 [31].
6.2.4
Testes de verificação
Quando possível, é desejável que os usuários dos instrumentos examinem a resposta de seus medidores de
campo usando a técnica de corrente ou de injeção de voltagem (ver cláusula A.2) no momento quando o
medidor é calibrado em um campo conhecido ou logo após. Essa prática vai habilitar o uso da técnica de
corrente ou de injeção de voltagem como meios periódicos de verificar a calibração quando o sistema de
placas paralelas não estiver disponível.
As verificações da calibração pelo usuário do instrumento não precisam ser exaustivas como os testes de
aceitação. Por exemplo, freqüências relevantes a aplicação da medição, deve ser checado um ou dois pontos
em cada faixa de magnitude do medidor de campo que será usada para verificar o fator de escala.
NOTA – É recomendado que um ponto do teste esteja na metade superior de uma dada faixa.
Os resultados dos testes de verificação devem ser documentados e de fácil acesso. A documentação deve
incluir os dados dos testes e a identificação da pessoa(s) que fizeram o teste.
A verificação da calibração sobre nas faixas de magnitude a serem usadas deve ser feita em intervalos
regulares. Um intervalo inicial de doze meses é sugerido. O intervalo pode ser alterado dependendo da
variação da resposta do medidor do campo entre verificações. Verificações devem também ser consideradas
23
antes ou após períodos estendidos ou além do uso do medidor de campo, por exemplo se medições forem
feitas por um período de vários dias até uma semana. Esta pratica é particularmente importante quando
existem dificuldades logísticas em retornar a localização da medição em um período tardio.
6.3
Incerteza da medição
A fim de determinar a incerteza total associada com a medição r.m.s. da intensidade do campo elétrico em
ambientes de medições diferentes, deve existir uma contagem apropriada de todas as fontes de incerteza. As
possíveis fontes de incerteza identificadas em 6.2 e B.2. Muitas fontes de incerteza podem se tornar
desprezíveis ou, dependendo do tipo de medidor de campo, pode não se aplicar a uma dada situação de
medição. As discussões em 5.3 sobre banda de passagem e medições de campos com harmônicas, e
medições que se aproximam dos níveis de campo de fundo, são aplicáveis nesse caso.
Fatores de correção conhecidos (ver cláusula A.1) devem ser aplicados em leituras obtidas com medidores
de intensidade de campo elétrico. Se for impraticável aplicar fatores de correção, a influência dos fatores de
correção deve ser tratada como uma incerteza de medição adicional.
A avaliação das incertezas deve ser feita de acordo com a ISBN 92-67-01075-1, que exige que o desvio
padrão associado com cada quantidade que influencia a medição deve ser determinado utilizando a base de
medições feitas ou utilizando a experiência. O desvio padrão combinado deve ser obtido pela raiz quadrada da
soma das variantes (i.e. a raiz quadrada da soma dos quadrados dos desvios padrões). A incerteza expandida
(total) deve ser k vezes o desvio padrão combinado, onde k é o fator de cobertura. O fator de cobertura
deve ser igual a 2 o qual, para distribuições Gaussianas, ira corresponder a um intervalo de confiança de
aproximadamente 95%.
6.4
Registrando e reportando os resultados de medições
A informação que é requerida quando os resultados das medidas são registrados e reportados pode variar
dependendo das metas das medições. Uma indicação clara das metas das medições deve ser fornecida
desde o início. A informação seguinte pertinente à instrumentação e as medições também devem ser
fornecidas em todos os casos:
•
•
•
•
•
•
•
•
identificação do fabricante;
identificação do modelo do instrumento;
dados das medições;
tempo das medições;
incerteza total da medição;
uma identificação clara de qual quantidade de campo esta sendo reportada, por exemplo o campo
elétrico máximo, o campo elétrico resultante, o componente de campo vertical, a média ponderada
no tempo (TWA), o valor r.m.s., etc. unidades do Sistema Internacional devem ser usadas;
tamanho/geometria da sonda;
dados do teste da última calibração/verificação.
Outras informações podem ser fornecidas, quando apropriadas, incluindo:
•
•
•
•
•
•
•
descrição das atividades humanas quando dados da exposição humana são apresentados;
banda passante do instrumento;
desenhos que descrevem a área e localizações onde as medições foram feitas;
informação estatística, por exemplo os valores de campo maiores e menores, médios, média
geométrica, etc;
resolução do espectro de freqüência para campos contendo freqüências múltiplas;
localizações de medição; identificação da fonte; condições de tempo;
identificação da pessoa que realizou as medições;
6.5
Procedimento de medição
6.5.1
Generalidades
A medição de campo não perturbado deve ser feita com uma instrumentação que indica a magnitude e
direção do campo elétrico, por exemplo medidores de eixo único de espaço livre, medidores de três eixos
de espaço livre que indicam a orientação do campo, medidores eletro-ópticos, e medidores de referência
de terra (ver cláusula E.1). O tamanho da sonda ou dos elementos sensores deve ser apropriado para
24
variações espaciais do campo e a proximidade de áreas planas condutoras que estiverem perto (ver B.2.8 e
B.2.3).
A banda passante do instrumento deve ser apropriada ao conteúdo da freqüência do campo que está sendo
medido. Quando o campo é tal, que a banda passante do instrumento pode afetar significantemente a leitura
(i.e. onde mais de uma freqüência está presente no campo), a banda passante deve ser registrada e
reportada com os resultados.
Quando campos elétricos são produzidos por sistemas de potência elétrica, i.e. linhas de potência,
transformadores, e assim por diante, a freqüência predominante é a freqüência industrial de 50 Hz ou 60 Hz.
Um instrumento com banda de passagem mais estreita, centrado na freqüência industrial será conveniente
nos casos de medição do valor r.m.s. do campo elétrico.
Quando houver medição de campos elétricos de outras fontes, como de aviões comerciais, navios, e alguns
trens elétricos a freqüência fundamental pode diferir significantemente de 50 Hz/60 Hz, e a banda passante
deve ser escolhida apropriadamente.
Equipamentos portáteis que radiam campos eletromagnéticos (por exemplo telefones celulares) devem ser
desligados ou não ser usados quando estiverem sendo feitas medições de campo elétrico.
Durante a medição de campo elétrico, deve ser dada uma atenção particular a fim de evitar efeitos de
proximidade do observador tanto quanto de outros que possam estar nos arredores da sonda de campo.
Perturbação significante no campo pode ocorrer, sendo capaz de introduzir erros inaceitáveis na medição (ver
cláusula B.2).
6.5.2
Medindo a exposição humana
Deve ser reconhecido que medições em um campo elétrico praticamente uniformes correspondem a
exposição do total do corpo humano se presente no local e hora da medição. Medições de campo elétrico em
campos não uniformes têm uma interpretação mais restrita ao determinar a exposição humana, i.e. a medição
do campo representa a exposição humana apenas para aquela porção de anatomia humana a qual coincidiria
com o local da medição. A escolha do(s) local(ais) de medição pode variar dependendo em parte da fonte do
campo e da posição relativa do ser humano, por exemplo deve ser considerado as diferenças entre linhas de
potência, secadores de cabelo, máquinas de serrar e soldadores.
Diferentemente de campos magnéticos, campos elétricos serão perturbados pelo corpo humano. Devido aos
limites de exposição serem expressos em termos de campo elétrico não perturbado, e por outras razoes (ver
cláusula E.3), o foco dessa norma se preocupa em fornecer a caracterização de um campo elétrico não
perturbado.
Como parte do processo para desenvolver o protocolo de medição para determinar a exposição humana em
campos elétricos, as metas de medição e métodos para alcançá-los devem ser claramente indicados. Uma
definição clara das metas é necessária para determinar os requisitos de instrumentação e calibração, por
exemplo banda de passagem da instrumentação, escala de magnitude, e os pontos das freqüências de
calibração. O protocolo de medição deve indicar qual(ais) parâmetro(s) de campo deve ser medido, quando as
medições forem feitas, e como as medições devem ser feitas. Deve ser dado ênfase que, em geral, um único
protocolo de medição não será aceitável para todas as situações de medição. Discussões adicionais sobre
metas e métodos usados para caracterizar campos elétricos são fornecidas na cláusula E.3. Um exemplo de
protocolo de medição de campo elétrico, que considera se a exposição humana a intensidades de campos
elétricos em subestações está de acordo com o pré-padrão ENV 50166-1 [5] CENELEC, é dado em E.4.
25
Anexo A
(normativo)
Métodos de calibração
A.1 Calibração de medidores de densidade do fluxo magnético
A calibração de um medidor da densidade de fluxo magnético é normalmente feita através da introdução de
uma sonda em um campo magnético aproximadamente uniforme com magnitude e direção conhecidas.
Campos magnéticos conhecidos podem ser gerados usando sistemas de bobinas com geometrias circulares e
retangulares [3], [17], [35], [53], [56], [69]. Por exemplo, as bobinas de Helmholtz são freqüentemente usadas
para gerar tal campo. Comparações de uniformidade de campo para campos produzidos por bobinas simples
circulares ou quadradas, e bobinas de Helmholtz quadradas e circulares são mostradas na figura A.1 [17]. A
figura A.1 mostra o afastamento do campo magnético axial, em porcentagem, como uma função de distância
normalizada do eixo de cada sistema de bobina, onde a distância é uma coordenada Cartesiana (ver figura A.2
para o caso da simples quadrada). A distância é dada como uma porcentagem do raio para bobinas circulares
e como uma porcentagem da metade da dimensão lateral para bobinas quadradas.
Uma simples bobina, de muitas voltas de fios, com geometria retangular usada para produzir o campo é
descrita abaixo por que as equações para calcular o campo em todos os pontos no espaço estão em forma
fechada [36], [69] e o sistema de bobina é de fácil construção. A simplicidade da construção implica na
uniformidade reduzida do campo, porem uma uniformidade suficiente para motivos de calibração pode ser
obtida facilmente.
A componente z da densidade do fluxo magnético, gerada por uma bobina retangular 2a x 2b em um ponto no
espaço P(x,y,z), é dada pela expressão [36], [69]
(7)
onde
N é o número de voltas
C1 = - C 4 = a + x
C 2 = - C3 = a – x
d1 = d 2 = b + y
d3 = d4 = y − b
[
= [(a − x )
= [(a − x )
= [(a + x )
]
+z ]
+z ]
+z ]
r1 = (a + x ) 2 + (b + y) 2 + z 2
r2
r3
r4
2
+ ( b + y) 2
2
+ ( b − y) 2
2
+ ( b − y) 2
2
2
2
1
2
1
1
2
2
1
2
I é a corrente r.m.s. em amperes
µ 0 é a permeabilidade do ar
x, y e z são as coordenadas mostradas na figura A.2.
A derivação da equação (7) assume que os condutores da corrente da bobina possuem seções desprezíveis.
É observado para propósitos de referência que
(8)
26
no centro da bobina quadrada de dimensão lateral 2ª. A equação (7) tem sido usada para calcular valores de
campo próximos ao centro da bobina quadrada de dimensões 1m x 1m. Uma porcentagem do afastamento do
valor do campo magnético central em pontos próximos no plano da bobina e a 0,03m acima e abaixo do plano
(em parênteses) são plotados na figura A.3. Também é mostrado na figura A.3 o desenho em escala de uma
sonda de campo magnético de 0,10m de diâmetro. O afastamento do campo magnético do valor central sobre
a área da seção transversal da sonda de 0,10m é menor que 1%. A figura A.4 dá uma visão esquemática da
sonda, da bobina quadrada de calibração, e do circuito associado utilizado para energizar as bobinas.
NOTA – A incerteza (fator de cobertura 1) no valor do campo de calibração é determinada pelas incertezas associadas no
cálculo de B z . Por exemplo no caso de uma bobina quadrada de 1 m x 1 m (ver figuras A.3 e A.4), a incerteza é dada
pelas incertezas da medição da corrente I, da dimensão lateral da bobina, e do efeito da não-uniformidade do campo
magnético (< 0,5% para uma sonda de diâmetro 0,10 m). A incerteza da dimensão lateral da bobina quadrada deve-se à
seção reta do condutor não ser desprezível. A dimensão lateral deve ser tirada da distância entre o centro do condutor com
uma incerteza igual a ± o “diâmetro” do condutor (ver figura A.4). A incerteza combinada com o valor da densidade do
fluxo magnético é dada pela raiz quadrada da soma dos quadrados. Se, por exemplo, as incertezas na determinação de I e
da dimensão lateral forem ± 0,2% e ± 1,0%, respectivamente, a incerteza combinada no valor de calibração do campo
[
para o diâmetro da sonda de 0,10 m é ± (0,2 ) + (1,0 ) + (0,5)
2
2
2
]
1
2
ou ± 1,1% (fator de cobertura 1).
É importante observar que o medidor de campo com bobina sonda irá indicar o valor do campo magnético
que é uma média sobre a área da seção transversal da sonda. A diferença entre essa média e o valor central
[ver equação (8)] será menor do que a porcentagem máxima do afastamento do valor central. Por exemplo,
enquanto o maior afastamento do valor central do campo magnético é 0,63% para uma sonda de 0,10 m (no
plano da bobina), o campo médio é apenas 0,31% maior do que o valor central (campo de calibração).
Para a mesma dimensão lateral ou diâmetro, regiões grandes de campo magnético praticamente uniforme
podem ser geradas usando bobinas de Helmholtz, com bobinas quadradas fornecendo uma uniformidade
maior do que as bobinas circulares (ver figura A.1). A equação para campos magnéticos produzidos por duas
bobinas quadradas pode ser derivada usando a equação (7) e o principio da superposição [50]. A condição
necessária para bobinas de Helmholtz quadradas é que o espaço entre as bobinas seja igual a 0,5445 x 2a,
onde 2a é a dimensão lateral do sistema de bobina [16].
Variando a freqüência da corrente através da bobina, a resposta em freqüência do medidor de campo pode
ser determinada pela faixa de freqüência de interesse. Para um detector com projeto adequado de estágio de
integração, o medidor de campo com uma sonda com ar no centro deve indicar um valor r.m.s
aproximadamente constante de acordo com a variação da freqüência (ver cláusula A.1, último parágrafo para
discussão de efeitos da ressonância da freqüência da bobina de calibração). Um resultado similar deve ser
obtido com uma bobina sonda que contém no núcleo um material ferromagnético fraco, se a mudança na
permeabilidade em função da freqüência for desprezível.
NOTA – Enquanto uma resposta plana em freqüência pode ser observada com um detector retificador de média
(r.m.s) e um detector r.m.s.verdadeiro, a resposta do detector retificador de média (r.m.s) para um campo magnético
com forma de onda complexa, contendo a fundamental e uma ou mais harmônicas, pode ainda ter um erro.
A calibração de escalas mais altas do medidor do campo magnético, i.e. > 10 µ T, pode ser geralmente feita
com um campo gerado por um sistema de bobina porque campos de fundo que são tipicamente 0,1 µ T ou
menos geram uma contribuição desprezível para o campo de calibração. Entretanto, a presença de campo de
fundo pode comprometer a calibração das escalas mais sensíveis por causa de seus efeitos perturbadores no
campo de calibração. Um processo alternativo para calibração de escalas sensíveis é usar a técnica de
injeção de voltagem [18].
A técnica de injeção de voltagem pode ser útil para a calibração das faixas muito altas dos medidores de
campo, por exemplo faixas superiores a 10 mT, quando podem existir dificuldades técnicas em gerar tais
campos com um sistema de bobinas.
NOTA – Devido a restrições introduzidas no projeto do instrumento, o método de calibração de injeção de voltagem pode
apenas ser aplicável durante o estágio de projeto (testes de tipo) ou no estágio de fabricação (testes de aceitação) de
um medidor de campo.
Usando esse procedimento, o volts/tesla produzido por uma bobina sonda (quando conectada a um circuito
detector) pode ser determinada cada freqüência de interesse, usando um voltímetro conectado na entrada do
detector e um campo magnético que é ao menos duas ordens de magnitude maior do que o campo de fundo.
Voltagens que correspondem a campos magnéticos menores são depois injetadas no circuito detector (com a
sonda desconectada) para calibrar a escala mais sensível do medidor do campo magnético. O divisor de
voltagem com uma razão conhecida, quando conectado ao detector, a uma fonte de voltagem a.c. (i.e. um
gerador de função), a um voltímetro preciso, e adequada blindagem de campo elétrico podem ser usados para
27
injetar as voltagens conhecidas na faixa da freqüência de interesse [18]. A dependência da freqüência do
divisor de voltagem deve ser conhecida a fim de cumprir a calibração. Figura A.5 mostra uma visão
esquemática do circuito de injeção de voltagem conectado ao detector.
A técnica da injeção de voltagem pode não ser aplicável para sondas com núcleos ferromagnéticos devido a
permeabilidade do núcleo que pode variar com a densidade do fluxo magnético e afetar a sensibilidade da
sonda (volts/tesla). Deve ser observado que a técnica de injeção de voltagem também pode ser usada como
um meio de verificação da calibração de todas as faixas do medidor do campo magnético (ver 5.2.4).
Um terceiro método para calibração de instrumentação é executado através da comparação das leituras do
medidor de campo com um medidor de referência de campo magnético que foi previamente calibrado em um
campo magnético conhecido e/ou por uma técnica de injeção de voltagem. Com esta técnica, os valores de
campo determinados por cada sensor de eixo único e medidores de campo de três eixos são comparados com
medições obtidas do medidor de campo tomado como referência com o mesmo campo magnético (produzido
por um sistema de bobina). É assumido que (1) as dimensões do sensor do medidor que está sendo calibrado
e o medidor de referência são comparáveis, ou a uniformidade do campo é suficientemente grande de modo
que a média dos efeitos dos sensores (na área da seção transversal) não são significantemente diferentes, (2)
a banda de passagem do medidor de campo sendo calibrado é comparável com aquela do medidor
referência, e (3) campos magnéticos de fundo (tipicamente instáveis) não geram contribuições significantes
para o campo de calibração. Comparações são feitas nos níveis de campo e nas freqüências de interesse.
Alternativamente, o medidor de campo magnético de referência pode ser usado para verificar a calibração de
um sistema de bobinas usado com propósito de calibração.
NOTA – A comparação das leituras do medidor de campo magnético com os valores do campo de calibração permite a
determinação dos fatores de correção que devem ser aplicados às leituras quando as medições são feitas.
Alternativamente, as comparações permitem serem feitos ajustes de correção no circuito do detector. Em qualquer dos
casos, a incerteza associada com o processo de calibração acima é igual ao valor da incerteza dos valores do campo de
calibração (uma vez que as correções sejam feitas) combinado com as incertezas relacionadas à estabilidade e a
resolução das leituras do medidor de campo.
As perturbações no campo de calibração podem ser geradas pela corrente imagem da bobina no plano de
terra próximo. Por exemplo, quando o plano de uma bobina quadrada está paralela a um plano de terra
perfeito, a perturbação do campo no núcleo da bobina é 2% e 0,3% para distâncias de uma ou duas
dimensões laterais da bobina, respectivamente. A perturbação é reduzida quando o plano da bobina é
perpendicular ao plano de terra, i.e. a perturbação de uma bobina quadrada é 0,3% quando a lateral da bobina
está a uma distância de um lado do plano de terra. A perturbação do campo de calibração é menor para
bobinas quadradas de Helmholtz [17].
A perturbação do campo de calibração também pode ocorrer devido a materiais ferromagnéticos próximos à
bobina de calibração. Por exemplo, materiais de grande permeabilidade, como o aço de um armário próximo
ou mesa ou um suporte sob uma mesa, que irá concentrar o fluxo magnético e pode perturbar o valor do
campo calculado na calibração da bobina. A influência de materiais ferromagnéticos próximos do campo de
calibração deve ser checada utilizando um método empírico de tentativa e erro, por exemplo a influência de
um gabinete de rêdes próximo ao campo magnético pode ser examinada em uma função de distância da
bobina de calibração.
As calibrações devem ser feitas em freqüências distantes da freqüência de ressonância do sistema de
bobinas. Devido à capacitância parasita dos fios das bobinas, o circuito equivalente do sistema da bobina pode
ser grosseiramente modelado por um indutor e um capacitor em paralelo. Próximo e nas freqüências
ressonantes, quantidades significantes de corrente serão desviadas através da capacitância parasita não
contribuindo na geração do campo magnético. Uma técnica para determinar a freqüência de ressonância de
um sistema é de medir a voltagem em função de freqüência mantendo a corrente constante nas bobinas. Nas
freqüências distantes da freqüência de ressonância, a voltagem irá aumentar linearmente. Próximo da
freqüência de ressonância, a impedância do sistema de bobinas e a medição da voltagem associada irá se
tornar não-linear e aumentar cada vez mais.
A.2 Calibração de medidores de intensidade de campo elétrico
Campos elétricos praticamente uniformes podem ser produzidos com propósitos de calibração por placas
paralelas, uma vez que as dimensões das placas sejam suficientemente grandes com relação ao
espaçamento das placas [3], [27], [65]. Ignorando efeitos de borda, o valor do campo uniforme E 0 é dado por
V/d onde V é a diferença potencial aplicada através das placas e d é o espaçamento das placas. Como um
guia para determinar as dimensões das placas paralelas, as magnitudes calculadas da intensidade do campo
elétrico E, normalizado pelo campo uniforme (E/E 0 ) na superfície da placa e entre as placas, são plotadas em
28
função de distância normalizada x/d da borda da placa como mostrado na figura A.6. Valores numéricos são
apresentados na tabela A.1.
Os resultados da tabela A.1 mostram que o afastamento da uniformidade do campo devido aos efeitos de
borda diminui o valor uniforme em 0,1% a uma distância de um espaçamento de placa da borda. Para placas
quadradas de tamanho finito, o efeito dos campos das quatro bordas pode ser estimado usando o princípio de
superposição quando o efeito de uma borda é menor do que 0,1%. Cálculos numéricos do campo entre as
placas paralelas de tamanho finito sugerem uma discrepância de 0,04% usando esta técnica [65]. Estes
resultados são válidos quando não houver perturbação próxima do plano de terra. Cálculos e medições [36],
[65] indicam que a energização das placas paralelas com um transformador ligação central fornece um campo
que é mais imune a perturbações devido à proximidade do plano de terra.
Um sistema de placas paralelas que foi comprovado ser adequado para calibrações de medidores de espaço
livre com dimensões diagonais menores do que 0,23 m é mostrado na figura A.7 [22], [27]. Placas de metal ou
uma tela de metal firmemente esticada com moldura de 1,5 m x 1,5 m e uma separação de 0,75 m são usadas
para formar as placas paralelas. As placas são energizadas com uma função combinada de
gerador/potência/amplificador/transformador as quais possuem resistores de limitação de corrente adequados
nos terminais de saída do transformador por uma medida de segurança [57]. Por exemplo, resistores de 10
M Ω e maiores de adequada voltagem nominal são satisfatórios até 10 kV (i.e. E ≈ 13 kV/m). Práticas normais
de segurança de laboratório de alta voltagem devem ser seguidas quando trabalhar com altas voltagens. O
campo de calibração que está dentro de 1% do valor do campo uniforme, V/d, é produzido no centro do
sistema de placas paralelas descrito acima (incertezas nos valores de V e d devem ser combinadas em 1%). O
medidor de espaço livre é posicionado no centro das placas paralelas com um suporte isolante normalmente
usado durante as medições.
Para evitar perturbações significantes na distribuição da carga superficial das placas paralelas devido a
presença de um medidor de campo, a maior dimensão diagonal do medidor não deve ser maior que 0,23 m
[44]. Em adição, a distância das placas paralelas para o plano de terra mais próximo (paredes, chão, etc) deve
ser 0,5 m ou mais. O sistema de placas paralelas pode ser escalonado crescendo ou decrescendo para
medidores de campo maiores ou menores.
NOTA – Se ocorrer efeito corona nas bordas das placas paralelas, ele deve ser eliminado através da colocação de tubos
metálicos nas bordas para reduzir a intensidade campo elétrico superficial.
Variando a freqüência da voltagem das placas paralelas, a resposta em freqüência do medidor de campo
pode ser determinada.
Tabela A.1 – Valores calculados normalizados de campo elétrico entre placas e nas superfícies das
placas
No meio entre as placas
x/d
E/E 0
0,837
0,894
0,949
0,975
0,995
0,997
0,999
0,069 8
0,162 1
0,296 5
0,417 7
0,682 1
0,793 4
1,000 0
Superfície das placas
1,000 0
0,795 4
0,686 1
0,437 6
0,243 1
0,162 4
0,123 0
0,099 1
0,082 9
0,045 2
0,030 7
0,018 5
1,001
1,002
1,005
1,025
1,095
1,183
1,265
1,342
1,414
1,732
2,000
2,449
29
Medidores eletro-ópticos de campo elétrico também podem ser calibrados em um sistema de placas paralelas;
o sistema de placas paralelas pode ser reduzido em escala de acordo com as pequenas dimensões da sonda
eletro-óptica.
Para calibrações dos medidores de campo tipo referência de terra, o arranjo projetado para energizar as
placas paralelas como mostrado na figura A.7 é modificado para que a placa de baixo fique no potencial do
terra e seja usada como um suporte para a sonda plana. Devido à distância maior entre a sonda e a placa
superior, a perturbação da distribuição da carga na superfície na placa superior pela sonda é bastante
reduzida (comparado com os medidores de espaço livre entre as placas). Essa perturbação pequena
permite a redução do espaçamento entre as placas paralelas previamente indicada (0,75m) e através disso
aumenta a extensão lateral da região de um campo quase uniforme (ver figura A.6 e tabela A.1). O
espaçamento das placas paralelas não deve ultrapassar de 1,5 vezes a dimensão lateral da sonda, e as
bordas da sonda não devem se aproximar mais do que dois espaçamentos de placas de qualquer borda da
placa de baixo. A distância entre as placas paralelas e o plano de terra mais próximo (paredes, chão, etc.) não
deve ultrapassar do espaçamento das duas placas. A largura de banda de guarda deve ser pelo menos de 6%
da dimensão lateral e a espessura da sonda não deve exceder 3,5% de sua dimensão lateral. Com as
restrições acima, o campo de calibração deve estar dentro de 0,5% do valor do campo uniforme V/d (as
incertezas dos valores de V e d devem ser combinadas em 0,5%) [43].
NOTA – As comparações da leitura do medidor de campo elétrico com os valores do campo de calibração permitem a
determinação dos fatores de correção que devem ser aplicados às leituras quando as medições são feitas.
Alternativamente, as comparações permitem serem feitos ajustes de correção no circuito do detector.Em qualquer dos
casos, a incerteza associada com o processo de calibração acima é igual ao valor da incerteza dos valores do campo de
calibração (uma vez que as correções sejam feitas) combinado com as incertezas relacionadas a estabilidade e a
resolução das leituras do medidor de campo.
Medidores de campo de espaço livre e de referência de terra, em suas respostas iniciais ao campo elétrico,
podem ser considerados como dispositivos de medição de corrente1. Logo, se a relação da corrente induzida
para o campo elétrico I/E para um medidor de campo elétrico é determinada pela calibração, o esquema de
injeção de corrente pode ser usado mais adiante como um meio de verificação de calibração de instrumento
se as placas paralelas não estiverem disponíveis [36]. A figura A.8 mostra um circuito que pode ser usado para
injetar correntes conhecidas nos eletrodos sensores de um medidor tipo de espaço livre. Na figura A.8, V é a
voltagem produzida por um gerador de função e Z é uma impedância conhecida de magnitude de pelo menos
duas ordens de magnitude maior do que a impedância de entrada do medidor de campo. Embora Z possa
consistir de capacitores ou resistores, resistores são preferíveis devido à mudança da impedância dos
capacitores quando a técnica de injeção de corrente é usada em diferentes freqüências. Além disso, se houver
harmônicas da fonte de voltagem, erros menores serão introduzidos com o uso de resistores. A corrente
injetada pode ser calculada pela lei de Ohm.
Um circuito similar ao circuito mostrado na figura A.8 pode ser usado para injetar correntes em medidores de
campo tipo referência de terra. Nesse caso, a impedância no lado da terra da fonte de voltagem é suprimida
e a impedância remanescente é dobrada de valor.
Uma blindagem adequada é exigida quando a técnica de injeção de corrente é empregada, a fim de minimizar
contribuições de sinais das fontes como próximo a iluminação e equipamentos elétricos. A proteção do circuito
de injeção de corrente e medidor de campo com uma tela metálica aterrada, pode reduzir as contribuições de
sinais de fontes de ruído de fundo para níveis desprezíveis. A validade do método da corrente de injeção
assume que a relação I/E é determinada logo após a calibração do medidor de campo em um campo elétrico
conhecido e que a sonda do medidor de campo não foi modificada desde sua calibração.
Se conexões elétricas podem ser feitas no cristal de Pockels em um medidor de campo do tipo eletro-óptico,
uma técnica de injeção de voltagem pode ser usada para verificar a calibração do medidor uma vez que o
medidor tenha sido calibrado em um campo conhecido. O circuito de injeção de voltagem para medidores de
campos elétricos do tipo Pockels deve ser similar ao medidor mostrado na figura B.8, porem com as
impedâncias removidas.
1
Depois, se houver um estágio de integração no circuito detector, a leitura do medidor de campo será proporcional à carga induzida que
acompanha a forma da onda do campo elétrico
30
Figura A.1 – Porcentagem de campo axial afastado, calculado em relação ao valor central para uma
bobina circular de uma volta, uma bobina simples quadrada, uma bobina circular de Helmhotz, e uma
bobina quadrada de Helmhotz, em função da distância normalizada do centro do sistema da bobina,
em porcentagem, após Frix et al. [17]
Figure A.2 – Sistema de coordenadas e geometria de uma bobina retangular com várias voltas de fio
(ver equação (7))
31
Um desenho em escala de sonda tipo bobina de 0,10 m de diâmetro é esboçado
Figura A.3 – Porcentagem de B z afastado calculado em relação ao valor central (ver equação (8))
Figura A.4 – Vista esquemática de um circuito para calibração do medidor de campo magnético usando
uma bobina quadrada para gerar um campo conhecido
32
A voltagem V de um gerador de função é reduzida por motivos de injeção, usando um divisor resistivo. A voltagem injetada
v é dada por Vr/(R+r) na falta dos efeitos de freqüência na relação do divisor. R e r são resistores, com R tipicamente muito
maior do que r. A impedância da entrada do detector é aproximada por uma resistência R D . A relação r « R D deve ser
satisfeita para evitar afetar significantemente uma mudança no valor da relação do divisor.
Figura A.5 – Esquema da técnica de injeção de voltagem
Figura A.6 – Cálculo do campo elétrico normalizado nas superfícies das placas e no centro entre
placas como uma função da distância normalizada da borda da placa
33
Figura A.7 – Sistema de placas paralelas para a calibração de medidores de campo elétrico do tipo
espaço livre e Pockels
Embora Z possa representar tanto capacitores ou resistores, resistores são preferidos (ver texto na cláusula A.2)
Figura A.8 –Esquema da técnica de injeção de corrente
34
Anexo B
(normativo)
Fontes de incerteza de medição
B.1 Medição da incerteza da densidade do fluxo magnético
Uma vez que uma calibração válida de um medidor de um campo magnético tenha sido feita, o número de
mecanismos que podem causar erros de medição é pequeno. A bobina sonda e o detector devem ter uma
blindagem elétrica adequada (por exemplo contra a freqüência industrial e campos elétricos de rádiofreqüência), mas os efeitos de proximidade do observador são desprezíveis. As fontes de incertezas que
devem ser consideradas e combinadas com incertezas de calibração, quando for apropriado, são dadas
abaixo.
NOTA – Em alguns casos nas cláusulas B.1 e B.2, incertezas quantitativas estimadas são fornecidas (como efeitos de
campos não uniformes), enquanto que em outros breves um guia é fornecido para sua determinação (como efeitos de
temperatura). Ainda para outras fontes de incerteza, a atenção é apenas dirigida para a possibilidade de suas influências.
B.1.1 Campo magnético não-uniforme
Possivelmente as maiores incertezas ocorrem quando a medição de campos magnéticos não-uniformes altos
são feitos manualmente perto de fontes como equipamentos domésticos. Sondas de três eixos que não
possuem um centro em comum, por exemplo em medidores de exposição, será amostrado o campo em
diferentes localizações (ver B.1.2). As incertezas na orientação de sondas de eixo único (quando é medido o
campo magnético máximo) e a distância entre a fonte e a sonda pode fornecer resultados de medidas que
diferem por mais do que 100% [24]. Adicionalmente, as sondas do medidor do campo magnético são
normalmente calibradas em um campo magnético quase uniforme são usadas para medir um campo que pode
variar como (distância) −3 (ver anexo C). Enquanto o centro da sonda é geralmente considerado ser a
localização da medição, a leitura do campo magnético é na verdade uma média da componente normal do
campo magnético sobre toda a área da seção transversal da sonda. Em alguns casos, o campo médio pode
diferir significantemente do valor central do campo. Finalmente, quando a sonda é girada em um campo nãouniforme elevado, as leituras fogem significantemente a lei do cosseno. Essa fuga da lei do cosseno pode
afetar as medições de campo realizadas com sondas de eixo único ou três eixos.
As incertezas relacionadas ao posicionamento da sonda de campo magnético mais precisamente com
orientações bem definidas podem ser reduzidas com o uso de suportes ajustáveis fabricados com um material
não condutor (ver B.1.10). A relação entre o campo magnético no centro de uma sonda bobina circular e a
média da densidade do fluxo magnético pode ser calculada em função da razão da distância r da fonte do
campo magnético e o raio a da sonda. A tabela B.1 mostra, como uma função de r/a, a maior diferença
calculada, na forma de porcentagem, entre o campo magnético a um ponto próximo de um aparelho doméstico
e o valor médio do campo magnético determinado pela rotação da sonda de eixo único no mesmo ponto até
uma leitura máxima ∆B max 1 ser obtida [46].
O campo do dipolo magnético é usado para os cálculos por que, com uma boa aproximação, sua geometria
simula a geometria de muitas ferramentas elétricas e equipamentos [39]. A aproximação do dipolo assume
uma dependência com a (distância) −3 do campo magnético, que pode não ser exatamente verdade perto de
algumas ferramentas. O sinal negativo na tabela B.1 indica que a medição máxima será menor do que o valor
do campo magnético no centro da sonda.
NOTA – Geralmente, o eixo do dipolo magnético tem uma orientação desconhecida durante a situação da medição. Logo,
os cálculos e resultados em [46] consideraram diferentes orientações do dipolo magnético para uma razão fixa r/a, até a
determinação da maior diferença entre o campo magnético no centro da sonda e a média máxima do campo magnético.
A tabela B.1 também mostra como uma função de r/a, as maiores diferenças possíveis, em porcentagem,
entre o valor do campo magnético no centro da sonda de três eixos (com um ponto central comum) e o campo
magnético resultante obtido pela soma “vetorial” da média (r.m.s) dos valores do campo magnético das três
bobinas circulares ortogonalmente orientadas ∆B max 3 [46]. Os valores de ∆B max 3 são as maiores diferenças ,
calculadas seguindo rotações arbitrárias, da sonda de três eixos e para diferentes orientações do dipolo
magnético [46].
A informação dada na tabela B.1 deve ser levada em conta quando considerando várias fontes de incerteza de
medição. Por exemplo, se o campo magnético máximo a uma distância r de uma ferramenta é para ser
medido com uma sonda de eixo único que possui um raio onde r/a = 5, o campo máximo medido pode ser
muito baixo tanto quanto 5,7% devido à orientação do dipolo magnético ser tipicamente desconhecida.
35
Enquanto essa incerteza não pode ser usada para corrigir medições, pode ser combinada com outras fontes
tal como calibração, faixa de freqüência, etc., como um pior caso de contribuição para a incerteza total.
Tabela B.1 – Valores de ∆B max 1 (sonda de eixo único) e ∆B max 3 (sonda de três eixos) em função de
distância r/a normalizada de um dipolo magnético
r/a
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
∆B max 1
%
-14,6
-8,7
-5,7
-4,0
-3,0
-2,3
-1,8
-1,5
-1,2
-1,0
-0,9
-0,8
-0,7
∆B max 3
%
-19,6
-10,8
-6,9
-4,8
-3,5
-2,7
-2,1
-1,7
-1,4
-1,2
-1,0
-0,9
-0,8
A informação dada na tabela B.1 para medidores de campo de três eixos não pode ser usada para corrigir a
leitura porque as orientações do dipolo magnético e a sonda de três eixos não são conhecidas na maioria das
situações de medições. Assim, os valores para ∆B max 3 na tabela B.1 podem ser considerados como os
maiores erros de medição computados como uma função de r/a devidos a efeitos da média da sonda bobina
de três eixos.
Os valores de ∆B max 3 devem ser considerados quando se for determinar a incerteza de medição total. Por
exemplo, se a resultante do campo magnético for medida a uma distância r de aparelho doméstico com um
desvio padrão menor do que 10%, medidores de campo magnético de sondas de três eixos que possuem
raios a com r/a = 3 devem ser considerados inadequados. Sondas de três eixos que possuem raios igual a r/a
=5 são consideradas adequadas se o desvio padrão combinado com outras fontes somarem 3% ou menos,
i.e. 6,9 + 3,0 = 9,9, onde 6,9 é tirado da tabela B.1 para r/a = 5. Estimativas de incerteza associadas à medição
da resultante do campo magnético, devido aos efeitos de média (fator de cobertura 1 e 2), também são
descritas em livros técnicos [47].
B.1.2 Separação dos sensores (sonda de três eixos)
Os medidores de três eixos que possuem sondas próximas porém em localizações diferentes, podem exibir
uma margem de erro em campos não-uniformes altos. Adicionalmente, se as bobinas sondas tem um núcleo
ferromagnético para aumentar a sensibilidade, algum compromisso deve ser feito na colocação das três
sondas orientadas ortogonais. Se as sondas estiverem muito juntas, a proximidade dos núcleos
ferromagnéticos pode perturbar o campo magnético e o campo axial sentido por cada sonda. Se as sondas
são posicionadas distantes para reduzir o efeito de proximidade dos núcleos ferromagnéticos, uma margem de
erro pode ocorrer em campos altamente não-uniformes, como citado acima.
B.1.3 Proximidade de baterias
Outra fonte de incerteza ocorre se as baterias que ligam o circuito detector estiverem muito próximas das
bobinas sondas, como é possível em pequenos confinamentos de medidores de exposição. As capas de
metal das baterias podem ser ferromagnéticas e possivelmente alterar o campo magnético sentido pelas
sondas. Por exemplo, se o medidor de campo é calibrado com baterias que possuem capas ferromagnéticas,
a calibração pode ser invalidada se baterias com capas não magnéticas forem usadas mais tarde.
B.1.4 Ruído do solo
Ruído elétrico no circuito detector pode gerar um ruído no chão evita uma medição exata do campo magnético
para níveis mais baixos de campo. O ruído do chão pode ser estimado fazendo medições distantes das fontes
de campo magnético (como no meio de um campo aberto).
B.1.5 Limitações banda passante
36
Uma banda passante limitado pode contribuir para a incerteza de medição e levar a incertezas nos
resultados de medição. Por exemplo, a medição de campos magnéticos de alguns terminais de display de
vídeo (VDTs) , usando um medidor de campo de 60 Hz (i.e. um medidor de campo com uma banda passante
estreito centrado a cerca de 60 Hz), pode diferir mais de 20% comparado com as medições feitas usando
medidores de campo com banda passantes mais largos [25]. Isso ocorre pois o campo magnético VTD é rico
em harmônicas que não podem ser detectados com um medidor de 60 Hz. Se o campo magnético não contém
um componente de potência freqüência, a diferença ou erro pode ser muito maior.
NOTA – Para minimizar sinais da sonda devido ao movimento do mesmo no campo magnético da terra, a freqüência highpass corner do filtro do circuito do detector pode aumentar, com a condição de que a maior freqüência não comprometam a
medição, por exemplo medições de campos magnéticos de 16 2 / 3 Hz e 25 Hz de alguns trens elétricos.
B.1.6 Temperatura
A influência da temperatura na operação do medidor de campo é outra possível fonte de incerteza. Se
diferenças extremas são antecipadas em um local de medição, comparados com a temperatura na hora da
calibração, os efeitos de temperatura ambiente devem ser conhecidos ou caracterizados. A influência da
temperatura pode ser determinada usando a técnica de injeção de voltagem enquanto o medidor de campo
esta em uma câmara ambiental. Observando a resposta do medidor de campo como uma função da
temperatura sob condições de injeção de voltagem constante, a dependência da temperatura pode ser
medida.
B.1.7 Umidade
Relativamente, há pouca informação publicada disponível sobre os efeitos de umidade. Testes em um número
limitado de medidores com displays analógicos têm tipicamente mostrado poucos efeitos de umidade (< 1%)
durante testes de umidade relativa entre 25% 2 95% [36]. Para evitar efeitos de umidade adversos, a
instrumentação, obrigatoriamente, não deve ser usada quando a temperatura do ar chegue a ponto de orvalho
(quando ocorre condensação) a não ser que a instrumentação tenha sido selada contra umidade.
B.1.8 Fator de crista
Erros podem ocorrer durante o processo de conversão de um sinal periódico para o seu valor r.m.s. Em geral,
este erro fica maior com o aumento do fator de crista. A operação de cada combinação sonda/detector para
uma forma de onda que tem um fator de crista de 3 (ver 5.1.9) pode ser testada ou diretamente com o campo
magnético produzido por um sistema de bobina ou usando uma técnica de injeção de voltagem. Se a técnica
de injeção de voltagem for usada, considerações adequadas devem ser dadas a qualquer aumento de
harmônicas que seriam produzidas pela sonda (ver cláusula D.2). Um exemplo de forma de onda com um
fator de crista de 3 é uma onda semi-senoidal transmitida por impulsão com uma duração de 2,8 ms e uma
taxa de repetição de 79 Hz. Dependendo do projeto do circuito do detector, outras formas de onda podem ser
mais adequadas. Os testes devem ser feitos em um número de pico de níveis de campo para assegurar que
qualquer saturação para uma dada variação do circuito do detector, não seja mascarada.
B.1.9 Imunidade eletromagnética
Campos eletromagnéticos de uma variedade de fontes podem ser acoplados a medidores de campo
magnético (e elétrico) não intencionalmente devido a proteção inadequada e assim influenciar a medição. A
tabela B.2 fornece a distância, d, de fontes de potência típicas em quais campos prováveis máximos E L estão
nos cinco níveis de distúrbio [23]. Os campos prováveis máximos são dados pela relação:
(9)
onde P é a potência da antena irradiadora em watts.
Outros detalhes relativos às fontes de radio freqüência e fontes de alta freqüência de campos
eletromagnéticos são dados em [23] e [52].
37
Tabela B.2 – Níveis de campo elétrico prováveis máximos de fontes e potência de operação típicas
Grau de
distúrbio
EL
r.m.s.
V/m
Transmissão AM
150kHz-1000Hz
P = 500 kW
Walkie-talkie
27MHz-1000MHz
P=5W
CB
27 MHz
P = 12 W
1
2
3
4
5
0,3
1
3
10
30
d(m)
15 650
4 950
1 565
495
156
d(m)
52
16
5,2
1,6
0,5
d(m)
80
24
8
2,4
0,8
TV-VHF
48MHz223MHz
P = 200 kW
d(m)
9 900
3 130
990
313
99
B.1.10 Localização da medição
Incertezas de medição podem ocorrer durante medições de campos magnéticos (e elétricos) não-uniformes
devido à incerteza na localização da medição. A variação do campo B medido em relação a distância r pode
ser descrita de acordo com a fórmula
(10)
onde
1 ≤ α ≤ 3 para a maioria dos casos (ver anexo C);
B c é uma constante, i.e. o campo magnético alternado tem um valor r.m.s. constante.
Diferenciando a equação (10) com respeito a r obtém-se
(11)
Assumindo uma distribuição retangular para a incerteza em r, o desvio padrão no valor de B, S d , devido a
incertezas em r(∆r), pode ser mostrado ser
(12)
Por exemplo, assumindo uma fonte de campo magnético dipolo (α = 3), ∆r = 2mm, e r = 500 mm, S d = 0,007
B.
B.1.11 Deslocamento de longo termo
Devido a mudanças graduais nos componentes de instrumentos através do tempo, mudanças na resposta do
medidor de campo podem ocorrer. Verificação periódica da calibração (ver 5.2.4) fornece meios de determinar
a extensão de deslocamento de longo termo e fatores de correção.
B.1.12 Constante de tempo do instrumento
Uma fonte final de incerteza considerada é aquela devido à constante de tempo do circuito do detector. Por
exemplo, se um medidor com display digital é lido logo depois de ter sido posicionado em um alto campo, uma
leitura errada poderá ocorrer. Leituras erradas podem ocorrer também para campos flutuantes por causa do
tempo inadequado de processamento do sinal.
Uma distinção deve ser feita entre incerteza da medição, que pode ser feita relativamente pequena com
projeto apropriado do instrumento e uma calibração cuidadosa, e variabilidade do campo devido a variações
temporais e espaciais.
Variações temporais e espaciais do campo podem exceder as incertezas de uma medição, e são consideradas
na cláusula D.3.
38
B.2 Incerteza de medição da intensidade de campo elétrico
Comparadas com o caso do medidor de campo magnético, as fontes de incerteza durante a medição de
campos elétricos são muitas, particularmente para os medidores de espaço livre sem displays remotos.
Fontes de incerteza que deveriam ser consideradas e combinadas com as incertezas de calibração, quando
apropriadas, são dadas abaixo.
B.2.1 Efeito de proximidade do observador
A proximidade de um observador durante medições da intensidade de campo elétrico pode ser muito
significante para certas geometrias. Efeitos da proximidade de um observador durante as medições em um
campo elétrico vertical que muda vagarosamente, i.e. aproximadamente uniforme, para um medidor de
espaço livre, tem sido calculado e medido, e são mostrados na figura B.1. A figura B.1 mostra a perturbação
da medição do campo elétrico em porcentagem em função da distância do observador da sonda e da altura do
medidor de campo acima do solo [14], [49]. Os pontos de dados representam perturbações medidas abaixo de
uma linha de transmissão de 500 kV devido a um observador de 1,80 m de altura do chão (braços de lado). As
curvas sólidas são previsões teóricas. Devido ao potencial do observador ser freqüentemente próximo do solo
potencial graças a um vazamento de resistência e capacitância do solo, os efeitos de proximidade da figura
B.1 podem ser considerados típicos.
Os efeitos de proximidade do observador para medidores de espaço livre em outras geometrias, que podem
ser maiores ou menores do que aqueles mostrados na figura B.1, podem ser determinados experimentalmente
através do suporte manual do medidor de campo em uma coluna vertical isolante, como mostrada na figura
B.2. Testes empregando colunas de vidro verticais com esta geometria demonstram que a presença da coluna
não afeta significantemente a medição (resultados similares são esperados com outros materiais isolantes que
estão limpos e secos). O efeito de proximidade pode ser determinado observando as mudanças no valor do
campo como uma função da distância do observador do centro da sonda. O medidor de campo digital ou
display analógico é orientado para que o observador consiga ver com segurança durante os testes. O arranjo
mostrado na figura B.2 também pode ser usado como uma técnica de medição em situações onde o campo
geométrico não é conhecido. Por exemplo, pode revelar se o observador ficou entre o eletrodo energizado
distante e o medidor de campo.
B.2.2 Erros de leitura (medidores de espaço livre com displays analógicos)
Devido aos efeitos significantes de proximidade do observador durante certas situações de medição (como
próximo de linhas aéreas de potência), pode ser necessário que o observador mantenha uma distância de
mais de 2 m da sonda [22], [27]. Se um medidor de espaço livre com display analógico estiver sendo usado,
poderá resultar alguma incerteza devido a leitura do display a distância. Podem ser feitas estimativas dessa
incerteza tendo um segundo observador distante da sonda simultaneamente o qual determina a leitura do
campo usando binóculos. A troca do display analógico pelo display digital pode reduzir erros de leitura em
alguns casos. Medidores de campo de referência de terra e de efeito Pockels, bem como medidores de
espaço livre, normalmente possuem circuitos detectores bem distantes da localização da sonda e assim não
se espera que gerem erros de leitura.
B.2.3 Efeitos de proximidade de planos condutores (medidores de espaço livre)
Por causa das interações que podem ocorrer entre uma sonda do medidor de campo e as distribuições de
carga na superfície, em superfícies condutoras próximas, a medição de campo elétrico pode ser
significantemente perturbada se a sonda for colocada para muito próxima da superfície. Cálculos mostram que
esta perturbação para uma sonda esférica é reduzida por quase 0,5% quando a distância entre o plano de
terra e o centro da sonda é igual a três raios da sonda [8]. Logo, não é esperado que uma sonda esférica
tenha um erro significante de medição se uma distância de dois diâmetros da sonda é mantida entre a sonda e
as superfícies condutoras. O diâmetro das sondas com geometria retangular pode ser, de forma conservadora,
estimado como a maior dimensão diagonal da sonda.
B.2.4 Assimetria no projeto da sonda
Assimetrias no projeto de uma sonda do medidor de campo elétrico podem mudar a direção dos eixos elétricos
(eixos com maiores sensibilidades elétricas) respeitando o eixo geométrico. Medições feitas com tal
instrumento podem ser mais ou menos imune aos efeitos de proximidade do observador [36]. Em tais casos, o
efeito de proximidade do observador deve ser quantificado antes que medições sejam feitas com o medidor de
campo.
39
B.2.5 Inclinação do medidor de campo (medidores de espaço livre com display analógico)
Instabilidade mecânica de um display analógico pode ser uma fonte de incerteza. Se o movimento não for
suficientemente balanceado, o medidor deve ser usado na mesma orientação respeitando a calibração vertical
existente. Uma estimativa da magnitude desse tipo de erro pode ser gerada pela rotação do medidor na falta
de um campo elétrico e observando o deslocamento da agulha. O erro de medição devido a instabilidade
mecânica pode ser reduzido pela repetição da medição depois de girar a sonda 180º (girando em um eixo
normal a face do medidor) e tirando a média das duas medições. Esse procedimento pode ser usado se os
eixos geométricos e elétricos coincidem. A mudança de um display analógico por um display digital irá eliminar
incertezas devido a um mal balanço mecânico.
A resposta de um medidor de campo elétrico com display analógico para a mesma corrente induzida pode
depender da orientação do medidor, mesmo se o medidor for mecanicamente balanceado. Esse efeito pode
ser uma fonte de incerteza de medição se o medidor de campo elétrico for usado em uma orientação que
difere daquela usada durante a calibração de um campo conhecido. A magnitude dessa possível fonte de
incerteza pode ser determinada usando a técnica de injeção de corrente (ver cláusula A.2) enquanto estiver
girando o medidor de campo elétrico na falta de um campo elétrico.
B.2.6 Campos magnéticos ambientes
Uma vez que campos magnéticos são tipicamente produzidos no mesmo tempo que campos elétricos,
medidores de campo elétrico devem ser projetados para que não sejam significantemente afetados pelos
campos magnéticos a níveis antecipados em um dado ambiente de medição. Os sistemas de bobinas
descritos na cláusula A.1 que geram campos magnéticos podem ser usados para checar imunidade a campos
magnéticos.
B.2.7 Fuga no manuseio (medidor de espaço livre)
Uma fuga elétrica através de um observador em contato com o solo e a contaminação da superfície do suporte
manual isolante de um medidor de campo pode perturbar o campo elétrico acima da perturbação normal
geométrica produzida em uma sonda flutuando eletricamente. Para checar se há fuga no manuseio, o medidor
de campo elétrico deve estar orientado com os eixos perpendiculares a direção de um campo conhecido.
Riscos de fuga elétrica significante causariam uma leitura não-zero. Tal leitura, expressa em uma porcentagem
desse campo, representara a ordem da magnitude de incerteza que podem ser causadas por este mecanismo.
É assumido para essa checagem que os eixos do campo elétrico e geométrico coincidam.
B.2.8 Campo elétrico não-uniforme (medidor de espaço livre)
Embora medidores de campo elétrico sejam calibrados em um campo quase uniforme (ver cláusula A.2), eles
podem ser normalmente usados para medições com pequenas incertezas em campos não-uniformes. Isso
pode ser visto se levar em conta a corrente induzida em uma sonda esférica por um campo elétrico nãouniforme alto que é produzido por um ponto de carga Q ( ω t) que oscila em magnitude com freqüência angular
ω . Na falta de solos planos próximos, a corrente induzida é dada por
(13)
Onde
E = Q(ωt ) / 4πε 0 r 2 ;
β é a/r;
a é o rádio da sonda esférico;
r é a distância entre o ponto de carga no centro da sonda.
Equação (13) é derivada ao assumir que a sonda está alinhada com a direção do campo elétrico.
NOTA – Esse resultado é dado sem derivação em [42]. Pode ser derivado facilmente considerando uma esfera condutora
descarregada no campo de um ponto de carga e usando o método das imagens.
Comparação da equação (13) com expressões para correntes induzidas produzidas por campos uniformes
(ver equações (20) e (22)) revelam que a corrente induzida é a mesma que é produzida por um campo
uniforme de magnitude Q(ωt ) / 4πε 0 r 2 se os termos em a/r são ignorados. Assim, a corrente induzida entre as
duas partes do dipolo esférico, que está localizado a um ponto em um campo altamente elétrico não-uniforme
40
produzido por um ponto de carga, é praticamente o mesmo produzido por um campo uniforme com a mesma
magnitude se r for suficientemente grande. Por exemplo, se a/r for igual a 0,1, a diferença na corrente induzida
(i.e. medição de campo elétrico) gerada por um campo uniforme e um campo altamente não-uniforme é menos
que 1%. A mudança na magnitude do campo elétrico para as dimensões da esfera é dada por
Pode mostrar que o erro de medição se mantém pequeno até quando a sonda não esta alinhado com a
direção do campo elétrico [48]. Conseqüentemente, a incerteza causada pela não-uniformidade de um campo
será desprezível para muitos casos práticos. Cálculos também mostram que a sonda no formato de placas
paralelas pode ser usado para medir campos elétricos não-uniformes com uma pequena margem de erro se a
diferença das cargas induzidas ou da corrente induzida nas placas for medida pelo detector [48]. Para
comparações com a equação (13), os rádios dos medidores de campo que possuem geometrias retangulares
podem ser estimados conservadoramente como metade da maior dimensão diagonal.
B.2.9 Umidade
Sob condições de umidade elevada, uma camada de condensação da superfície pode formar nas partes do
medidor elétrico. A maior fonte de incerteza vem da fuga do manuseio através do isolamento da montagem de
um dos eletrodos. Se significante, essa fuga irá aumentar muito as correntes induzidas na sonda e na leitura
resultante do medidor de campo. Uma incerteza muito menor é associada à fuga entre os dois eletrodos
sensores, que reduziria a leitura do medidor de campo. O medidor de campo, é montado para uso manual, e
seu isolante interno deve ser mantido limpo e seco para minimizar os erros devido à fuga de correntes.
Sondas eletro-ópticas que possuem uma capa dielétrica também podem ser afetadas adversamente sob
condições de muita umidade. Nesse caso, a camada de condensação da superfície pode agir como uma
Gaiola de Faraday e atenuar o campo elétrico que atinge o cristal de Pockels.
A influência da umidade do ambiente na performance de medidores de campo pode ser determinada aplicando
a técnica de injeção de corrente (medidores de espaço livre) ou a técnica de injeção de voltagem
(medidores eletro-ópticos) com o medidor de campo em uma câmara ambiental. A dependência da umidade
é determinada pelo monitoramento da resposta do medidor de campo em função de umidade, enquanto
mantém a corrente injetada (voltagem) constante.
B.2.10 Temperatura
Testes de câmara ambiental em medidores de espaço livre com displays analógicos têm mostrado que a
leitura do medidor de campo pode mudar até 8% acima do limite de temperatura de 0 ºC a 40 ºC [36]. Como
no caso de medidores de campo magnético (ver B.1.6), se diferenças extremas na temperatura do ambiente
são antecipadas em um local de medição em comparação com a temperatura no período de calibração, os
efeitos de temperatura devem ser conhecidos ou precisam ser quantificados. O procedimento de
caracterização é o mesmo como os de medidores de campo magnético (ver B.1.6) com a técnica de injeção de
voltagem trocada pela técnica de injeção de corrente.
A sensibilidade de sondas tipo eletro-ópticas também é afetada pelas mudanças de temperatura. Testes em
cristais de Pockels feitos de Bi12 SiO 20 indicam a dependência de temperatura de menos que ± 3% para
variações de temperatura de -15 ºC a 70 ºC [21]. Entretanto, sabe-se que outros cristais que exibem o efeito
Pockels possuem coeficientes de temperatura maiores do que Bi12 SiO 20 , e portanto pode ser requerida uma
correção da temperatura.
B.2.11 Deslocamento de longo termo
Devido a mudanças graduais nos componentes do instrumento através do tempo, mudanças na resposta do
medidor de campo podem ocorrer. Uma verificação periódica da calibração (ver 6.2.4) fornece um meio de
determinar a extensão do deslocamento de longo termo bem como os fatores de correção necessários.
B.2.12 Imunidade eletromagnética
Ver B.1.9 e 5.1.8.
B.2.13 Local da medição
Ver B.1.10.
41
As curvas representam cálculos teóricos [14] para um campo elétrico uniforme. Os pontos de medidas se referem a um
observador em contato com o solo de, 1,8 m de altura, embaixo de uma linha de transmissão de 500 kV. Efeitos de
proximidade são mostrados para três alturas do medidor de campo acima do plano da terra.
Figura B.1 – Efeitos de proximidade do observador durante medições de campo elétrico para um
campo elétrico vertical.
Figura B.2 – Arranjo experimental que pode ser usado para determinar os efeitos de proximidade do
observador
42
Anexo C
(informativo)
Características gerais de campos magnéticos e elétricos
Campos magnéticos e elétricos gerados por linhas de potência, ferramentas e sistemas de transporte podem
ser caracterizados de acordo com sua magnitude, freqüência, forma de onda (conteúdo harmônico), grau de
polarização, variação espacial, e variação temporal. Essas características são descritas brevemente devido
sua importância nos requisitos da especificação da instrumentação usadas para medir os campos.
NOTA – Esta norma não considera variações temporais transitórias, i.e. acontecimentos que ocorrem em um curto período
comparado ao período dos campos magnéticos e elétricos.
Vários parâmetros de campo citados acima podem ser introduzidos considerando o caso de campos
magnéticos produzidos por linhas de potência trifásica. Alguns dos mesmos parâmetros também são usados
para caracterizar campos elétricos. No geral, o campo magnético em um certo ponto no espaço pode ser
representado por um vetor girante que desenha uma elipse para cada ciclo das correntes nos condutores
como mostrado esquematicamente na figura C.1a [10]. A magnitude r.m.s. e a direção do semi-eixo maior da
elipse do campo magnético, dado por M na figura C.1a, indica a magnitude e direção do campo magnético
máximo. Similarmente, a magnitude r.m.s. e direção do eixo semi-menor, dado por m na figura C.1a descreve
a magnitude e direção do campo magnético mínimo. Tais campos são chamados elipticamente polarizados.
Uma vez que campos magnéticos em ambientes situados distantes de linhas de potência, também podem ser
gerados por fontes de corrente múltiplas que não estão necessariamente em fase, então campos magnéticos
elipticamente polarizados podem ocorrer em diversos ambientes (por exemplo em casa, local de trabalho,
etc.). Dependendo da área geométrica e corrente nos condutores, o grau de polarização do campo magnético
em um dado ponto pode variar de linear (m = 0) para circular (m = M) como mostrado nas figuras C.1b e C.1c.
Essa discussão de campos polifásicos assume que não existem harmônicas no campo. O estado de
polarização dos campos com conteúdo harmônico significante é mais complicado [61], [40].
Próximo do nível do solo a magnitude do campo magnético de uma linha de transmissão trifásica muda
devagar em função da altura do ponto de medição acima do solo. Por exemplo, para uma linha típica de 500
kV, a mudança na magnitude do campo magnético a uma altura de aproximadamente 1 m acima do nível do
solo é menor do que 2% para uma mudança de 10% na altura medição em locais debaixo da linha. A
uniformidade aumenta em pontos mais distantes. Para locais distantes da linha, a magnitude do campo
magnético de uma linha trifásica de circuito único, com correntes balanceadas ou quase balanceadas, diminui
aproximadamente com 1/r², onde r é a distância lateral da linha (r é suposto ser muito maior do que o
espaçamento do condutor) [54]. Se o desequilíbrio da corrente aumenta, a diminuição da magnitude no campo
magnético muda de uma dependência de 1/r² para 1/r [54], [68]. O campo magnético de um duplo circuito de
uma linha trifásica balanceada com uma fase de baixa reatância (i.e. em carregamento de correntes idênticas
ou quase idênticas para ambos os circuitos) diminui aproximadamente com 1/r³ onde r é novamente muito
maior do que o espaçamento do condutor. As variações temporais do campo magnético é uma função da
variação do carregamento de corrente, por exemplo durante o uso pesado da energia elétrica, as correntes de
carga aumentam e produzem grandes campos magnéticos (a falta de resistência da concorrente nos
condutores também pode contribuir para níveis de campos maiores).
NOTA – Enquanto o campo magnético próximo do nível de solo debaixo de uma linha de potência polifásica pode ser
representado como um vetor girante ou campo elíptico, o campo elétrico torna-se linearmente polarizado no nível do solo.
Outras fontes de campos magnéticos comumente encontradas são os condutores retos (por exemplo
conexões de sistemas/eletrodos à terra) e as espiras de fios circulares (por exemplo encontrados em
transformadores, motores, terminais de displays de vídeo) com correntes monofásicas. As linhas e vetores de
campo magnético em pontos representativos de tais fontes são mostrados esquematicamente nas figuras C.2a
e C.2b. Os campos magnéticos são normalmente polarizados linearmente e a dependência no tempo de um
vetor oscilante depende da forma de onda das correntes. Correntes senoidais produzem campos magnéticos
senoidais livres de harmônicas, e correntes não senoidais (como as formas onda na forma de dentes das
bobinas de deflexão espiral da televisão) produzem campos magnéticos não senoidais que podem ser ricos
em harmônicas [25]. As magnitudes dos campos magnéticos gerados por correntes em um fio infinitamente
longo e uma bobina circular diminuem a medida de 1/r [20] e 1/r³ [63], respectivamente, onde r é a distância da
fonte do campo (mais tarde é sugerido que r é muito maior do que o raio da bobina de fio circular).
43
Figura C.1a –Características da polarização elíptica, m < M
Figura C.1b –Características da polarização
linear, m = 0
Figura C.1c – Características da polarização
circular, m =M
A resultante B R e o campo magnético máximo M são iguais apenas para os casos de polarização linear. A maior
diferença entre o resultado e o campo magnético máximo ocorre da polarização circular, i.e. B R excede M em 41%.
Figura C.1 – Amplitudes de campo magnético oscilante e girante para os casos de polarização elíptica,
polarização linear, e polarização circular
Figura C.2a – Corrente em condutor reto
Figura C.2b – Corrente em condutor circular
Figura C.2 – Campo magnético para corrente de condutores retos e circulares
44
Anexo D
(informativo)
Medidores de densidade de fluxo magnético (medidores de campo magnético) – Instruções para
medições
D.1 Características gerais de medidores de campo magnético
Medidores de campos magnéticos consistem de duas partes, a sonda ou elemento sensor de campo, e o
detector, que processa o sinal da sonda e indica o valor r.m.s. do campo magnético com display digital ou
analógico. Sondas de campo magnético, constituindo de uma bobina de fio eletricamente blindada (i.e. uma
sonda de “eixo único”), têm sido usadas juntamente com um voltímetro como detector para medições de tipo
mapeamento de campos magnéticos a freqüência industrial das linhas de potência [27]. Um diagrama deste
tipo de instrumentação, que é um exemplo de medidor de mapeamento, é mostrado na figura D.1. Quando
não indicados na figura D.1 os componentes do circuito detector são as vezes incorporados na sonda.
Medidores de campo magnético medem a componente do vetor de campo magnético oscilante (linearmente
polarizado) ou girante (elipticamente ou circularmente polarizado) que é perpendicular à área da sonda(s). A
direção normal para à área da sonda coincide com o eixo sensível da sonda.
Para medições em ambientes onde as componentes harmônicas no campo magnético podem não ser
desprezíveis (como em locais residenciais e industriais, sistemas de transporte), um estágio de integração
(ativo ou passivo) transforma-se em parte do circuito detector com a finalidade de preservar a forma da onda
do campo magnético (ver cláusula D.2). Normalmente, nenhuma providência é feita para o armazenamento
dos dados, embora conectores de saída para registradores disponíveis comercialmente são às vezes
fornecidos. Para caracterizar o conteúdo harmônico no campo magnético, o sinal do detector (que reflete a
forma da onda do campo magnético) pode ser examinado através do uso de analisadores espectros
disponíveis comercialmente para obter as amplitudes das componentes fundamental e harmônicas. Medidores
de campo magnético de três eixos também estão disponíveis, os quais podem ser chaveados ou sintonizados
para indicar os valores r.m.s. da freqüência industrial ou uma ou mais componentes de campo harmônico.
Durante as medições do mapeamento do campo magnético, a sonda pode ser segurada manualmente sem
nenhuma perturbação significante do campo devido à proximidade do observador. Efeitos de proximidade de
dielétricos que estiverem perto também são insignificantes. Efeitos de proximidade de pequenos condutores
não ferrosos são geralmente fracos e localizados próximo da superfície do condutor, i.e. campos magnéticos
associados com correntes de Foucault induzidas no condutor por um campo magnético variante no tempo irá
perturbar o campo local. Grandes estruturas de metais não ferrosos podem perturbar significantemente o
campo sobre uma extensa região, como o interior de algumas casas móveis. Campos magnéticos próximos de
objetos ferrosos são significantemente perturbados.
Para aplicações de medição de longo período e/ou mais compreensivas, o medidor de campo tipo mapeador
pode ser trocado por uma instrumentação que registra as leituras do campo em um sistema de
armazenamento de dados [25], [61]. Os registros do campo podem ser feitos automaticamente em intervalos
com tempo pré-determinado, iniciado pelo usuário, ou por alguma outra fonte, tal como um equipamento
detector de posicionamento.
Os valores de campo registrados podem ser transferidos freqüentemente para um computador em outra hora
mais tarde para análises subseqüentes. Alternativamente, uma análise simples pode ser feita pelo próprio
instrumento.
Os medidores mapeadores e os instrumentos de registro podem ser de eixo único ou de três eixos (embora
os instrumentos de registro são geralmente de três eixos). Os instrumentos de três eixos podem ter três
bobinas sondas ou elementos sensores (como por exemplo bobinas circulares com eixos ortogonais) que
detectam o campo que segue as três direções ortogonais. O sinal de cada elemento sensor dos medidores de
três eixos podem ser processados pelo detector em um ou dois modos. Em um modo o detector determina o
valor r.m.s. de cada componente espacial elevando ao quadrado e somando elas, e depois calcula a raiz
quadrada da soma. Em outro modo, o detector eleva ao quadrado o sinal de cada sensor, calcula a raiz
quadrada da soma dos quadrados, e depois determina o valor r.m.s. da raiz quadrada. Ambos os métodos dão
o mesmo resultado, que é o campo magnético resultante B R , como determinado pela equação (4). Em
geral, o campo magnético resultante não é igual ao campo magnético máximo, variando de 100% (para
campos linearmente polarizados) a 141% (para campos circularmente polarizados) do valor do campo
magnético máximo.
45
Deve ser notado que B R também é igual ao valor r.m.s. da densidade do fluxo magnético total [33],
desconsiderando as fases das componentes ortogonais. Uma conseqüência da independência da fase é que
B R não é único, no sentido de que o mesmo campo magnético resultante pode ser gerado por campos
magnéticos com diferentes geometrias, como por exemplo o campo magnético linearmente polarizado com
componentes ortogonais B 0 senωt e B 0 senωt , e um campo magnético circularmente polarizado com
componentes ortogonais B 0 senωt e B 0 cos ωt darão o mesmo resultado B 0 .
Medidores de eixo único podem ser usados para medir o valor máximo do campo magnético orientando a
sonda até que uma leitura máxima seja obtida. Medidores de eixo único também são utilizados para
determinar o campo magnético resultante através da medição dos valores r.m.s. das componentes espaciais
tri-ortogonais combinando-as de acordo com a equação (4). Assume-se que durante este procedimento não
ocorrem mudanças significantes dos valores r.m.s. dos componentes espaciais.
O desenvolvimento nos últimos anos de pequenos medidores pessoais de exposição para medição de campos
magnéticos, dispositivos que podem ser usados para medir periodicamente e registrar as três (r.m.s.)
componentes espaciais do campo magnético, também tem levado ao uso de bobinas sondas em miniatura,
as vezes contendo núcleos ferromagnéticos para sensibilidades maiores [25]. As sondas orientadas
ortogonalmente em medidores de exposição, se estiverem próximas uma da outra, podem não ter um ponto
central comum, i.e. as sondas estão em locais diferentes. Medidores de exposição são equipados com uma
interface para computador que permite transferir os valores de campo gravados para um computador para
uma análise posterior. Outros tipos de medidores de campo com sondas indutoras de alta permeabilidade,
como o magnometro fluxgate [55], têm sido adaptados para medições de campo alternado e/ou estático.
Existe ainda uma instrumentação mais sofisticada, que está disponível, que registra periodicamente a forma
da onda do campo magnético das três componentes ortogonais do campo ao mesmo tempo, contendo
informação de magnitude, fase, e freqüência que é analisada subseqüentemente para avaliar o grau de
polarização, harmônicas, etc. [61].
Também são disponíveis medidores de campo magnéticos com sondas de efeito
Hall que podem ser usadas para medir as densidades de fluxo magnético de zero hertz a algumas centenas
de hertz. Entretanto, devido a sua baixa sensibilidade e problemas de saturação por causa do campo da terra,
eles não são adequados para ambientes de campos a.c. baixos níveis, como nas vizinhanças de linhas de
potência e em residências.
D.2
Teoria de operação (bobinas)
O princípio de operação do medidor de campo magnético mostrado na figura E.1 é baseado na lei de Faraday
que prevê que uma voltagem V é gerada no terminal de um laço de fio aberto colocado em um campo
magnético variável. Especificamente, a voltagem é igual ao valor negativo de tempo da taxa de variação do
fluxo φ em relação ao tempo através do laço, como dado pela fórmula
(14)
onde
B é a densidade do fluxo magnético;
n é o vetor unitário perpendicular a área do laço;
dA é um elemento da área A do laço.
V é expresso em unidades de volts quando A e B forem expressos em metros quadrados e tesla,
respectivamente.
Se o campo magnético for livre de harmônicas, como B = B 0 senωt , e perpendicular a área da sonda, então
(15)
onde a freqüência angular ω é igual a 2 π vezes a freqüência.
46
Para N voltas dos fios no laço, a voltagem dada pela equação (15) irá se desenvolver em cada volta e a
voltagem total será − NωB 0 A cos ωt . A equação (15) mostra que a sensibilidade aumenta com a área da
sonda.
Se houver harmônicas no campo magnético, existirá um termo adicional no lado direito da equação (15) para
cada harmônica. Devido a operação de diferenciação (ver equação (14)), cada um dos termos adicionais serão
ponderados pelo número da harmônica associada. Por exemplo, se houver 10% da terceira harmônica no
campo, o termo -3(0,1) ωB 0 A cos 3ωt seria adicionado no lado direito da equação (15). Por causa da
ponderação do termo harmônico, a forma da onda final não irá mais refletir a forma da onda do campo.
Conseqüentemente, o valor r.m.s. indicado pelo voltímetro-detector (ver a figura D.1) não irá representar
exatamente o valor r.m.s do campo. A forma da onda dá, entretanto, uma boa aproximação da variação da
voltagem no tempo ou corrente induzida em materiais condutores.
Para recuperar a forma da onda do campo magnético é necessário que o detector faça uma operação
matemática inversa, chamada integral. Isso pode ser alcançado introduzindo um estágio de integração no
detector1. Por exemplo, o estágio integração pode ser combinado com a sonda na forma de componentes
passivos, ou um amplificador operacional integrador pode ser incorporado ao detector. A resposta em
freqüência da combinação do detector integrador e sonda deve ser plana na faixa de freqüência de interesse.
Filtros e blindagem de campo elétrico devem fazer parte do circuito detector projetado para excluir sinais
indesejáveis.
Além da consideração de como o detector responde a campos com diferentes freqüências, também é
necessário considerar a resposta em freqüência da sonda. Devido a inerente indutância, resistência e
capacitância da sonda, a relação entre a voltagem induzida na bobina [ver equação (15)] e a voltagem que
entra no detector v P deve ser considerada em função da freqüência. Uma visão esquemática simplificada do
circuito equivalente para a bobina sonda é mostrada na figura D.2. A relação W da voltagem da sonda v P
para voltagem induzida V é dada por [2]
(16)
onde
L e r correspondem a indutância e resistência da bobina e seus terminais;
C é a capacitância parasita;
R é a impedância de entrada aproximada do detector.
O valor de W deve se manter perto da unidade e não no pico antes de desaparecer com o crescimento
freqüência. Valores altos de R podem causar um pico próximo da freqüência de ressonância da sonda,
seguido de uma rápida queda em W . Valores baixos de R permitem que o valor de W caia suavemente
quando a freqüência cresce. Um valor muito baixo, entretanto, causa uma queda mais rápida e uma redução
desnecessária na resposta em freqüência [18].
A teoria de operação de medidores de campo magnético com sondas contendo núcleos ferromagnéticos é
mais complicada do que o caso de núcleo de ar devido a permeabilidade do material do núcleo que pode
variar com a freqüência e magnitude do campo. Discussões examinando operações de medidores de campo
magnético com sondas contendo núcleos ferromagnéticos são abordadas em [25] e [55].
D.3 Metas e métodos de medição
Como observado no anexo C, campos magnéticos (e elétricos) podem ser caracterizados por um certo número
de parâmetros, i.e. magnitude, freqüência, polarização, etc.. A caracterização de um ou mais desses
parâmetros e como eles podem estar relacionados a exposição humana pode servir como possíveis metas de
um programa de medição. Como um guia para os leitores interessados em desenvolver um procedimento de
medição de campo, essa cláusula fornece uma lista de possíveis metas e métodos de medição para atender
os objetivos.
É extremamente importante que as metas do programa de medição como as considerações abaixo, sejam
claramente definidas no início. Uma clara definição das metas é exigida para determinação dos requisitos da
1
Se o sinal é um digital, a integração pode ser feita por computação
47
instrumentação e calibração, i.e banda passante instrumentação, limite de magnitude, pontos de calibração
da freqüência, etc.. Uma vez que as metas sejam identificadas e que a instrumentação apropriada seja
adquirida, um estudo piloto no ambiente de medição de interesse pode ser desejável antes das decisões
serem tomadas com relação aos protocolos finais de medição e método associado. No protocolo será descrito
o procedimento a ser seguido passo a passo, usando os possíveis métodos indicados para cumprir as metas
de medição. O protocolo deve indicar especificamente coisas tais como os requisitos do instrumento (como
banda passante, dimensão da sonda, variação de magnitude), locais de medição e duração das medições.
Deve ser possível depois, usando o mesmo protocolo, comparar, com confiança, os resultados de medição
obtidos com ambientes elétricos similares.
Esta norma não é tão explicita nas suas recomendações considerando métodos de medição e protocolos
devido a sua dependência nas metas e por causa das diferenças significantes que serão encontradas em
diversos ambientes de medição. Quando se desenvolver um método e protocolo de medição, as seguintes
fontes e ítens dos campos magnéticos devem ser considerados quando aplicados:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
as fontes elétricas existentes no ambiente de medição;
tipos e locais dos transformadores;
locais de cabos principais e disjuntores;
magnitude da voltagem de suprimento e períodos máximos de uso;
freqüências (incluindo 0 Hz), da alimentação da potência e dispositivos elétricos;
localização de pessoas relacionadas às fontes de campo conhecidas;
localização da medição relacionada ao corpo humano, como cabeça, tronco, região pélvica;
presença de qualquer motor ou gerador;
presença de pequenos aquecedores;
sistemas de aterramento e conexões.
Decisões devem ser feitas considerando a incerteza total permitida durante medições (os requisitos de
incerteza instrumental são dados em 5.1). Esboços são freqüentemente necessários para descrever
adequadamente as áreas onde as medições serão feitas. Diagramas elétricos de construções podem ajudar a
identificar fontes de campos em escritórios ou prédios similares, embora uma confiança excessiva em tal
documentação deve ser evitada devido a mudanças não registradas no sistema elétrico do prédio. Enquanto
muitas fontes de campos magnéticos são visíveis (como postes de iluminação, e ferramentas elétricas), outras
não são (como equipamento elétrico em quartos adjacentes ou em andares acima e abaixo). Durante um
estudo piloto, decisões podem ser tomadas considerando o espaçamento entre as medições, alturas de
medições, tamanho da amostra, formatos de placas de informação, questionários para classificação do
trabalho/tarefa, etc.. Se determinar a exposição humana é a meta das medições, exames dos procedimentos
de medição, são descritos nos estudos epidemiológicos citados acima, são fortemente recomendados como
parte do processo para desenvolver um protocolo final de medição.
Se fornecer instruções para determinar a exposição humana ou estimar a exposição humana para um ou mais
parâmetros de campo magnético é uma meta primordial dessa norma, outras metas de medição com
aplicações relacionadas existem. Por exemplo, redução “antes” e “depois” da distribuição espacial de campos
magnéticos, deve ser feita a fim de checar a efetividade das técnicas de redução dos campos da linha de
potência, e checar a distribuição espacial de campos das ferramentas elétricas em conformidade com as
normas dos produtos dos consumidores [51], [28].
Uma lista de possíveis metas de medição e possíveis métodos é dada abaixo. Esta lista não deve ser
considerada exaustiva uma vez que pode existir uma ampla variedade de metas e métodos. Para cada meta a
banda passante de freqüência da instrumentação é escolhida para a freqüência ou as freqüências de
interesse (ver meta (g)). Mesmo fora do escopo dos parâmetros do campo considerados nesta norma, a
caracterização de campos magnéticos estáticos pode também ser de interesse.
Meta (a): caracterização de níveis de campo magnético
Limites de níveis de campo magnético permitidos em função da freqüência têm sido indicados em vários
documentos [5], [29] necessitando a determinação dos níveis máximos de campo em áreas específicas. Os
locais de medição podem coincidir com pontos no espaço ocupado pela cabeça de uma pessoa, tronco ou
área pélvica.
Método: medidores de eixo único e três eixos podem ser usados para fazer medições pontuais para os
campos magnéticos máximo e resultante, respectivamente. Instruções existem para tais medidas próximas
de linhas de potência [27] e terminais de displaysl de vídeo (VDTs) [28]; [51]. Medições pontuais próximas de
linhas de potência podem estar correlacionadas com correntes de carga, e estimativas de campos magnéticos
para diferentes correntes de carga devem ser feitas. Correntes de carga de ferramentas são constantes e,
48
tipicamente cíclicas em um período curto de tempo, possibilitando a determinação do campo magnético
“máximo” ou “resultante” com relativamente algumas medições pontuais.
Em ambientes distantes de linhas de potência e ferramentas onde correlações com fontes de corrente de
campo magnético ainda não estão prontas, medições spot representam uma caracterização grosseira de
níveis de campo [25]; [26]. Se medições mais definitivas do campo magnético forem exigidas, medidores de
campo magnético com capacidade de gravação podem ser usados em locais de interesse para horas
consideradas representativas quando produzem a variação completa dos valores de campo. Por exemplo, em
residências isso pode envolver diversos registros 24 h repetidamente durante cada estação do ano (ver meta
(c)).
Meta (b): caracterização das variações espaciais
A distribuição espacial de campos magnéticos distantes das linhas de potência ou de fontes elementares
identificáveis, é tipicamente desconhecida. Por exemplo, a figura D.3 mostra a dispersão das medições
efetuadas no centro de uma sala(campo magnético vertical, altura do peito) versus as medições em outros
locais, em salas e cozinhas durante o mapeamento de 77 residências [62]. Uma vez que os níveis de campo
em diferentes locais não foram determinados no mesmo instante, as informações são indicativas das possíveis
variações no mesmo quarto das residências. Campos magnéticos alternados na maioria dos ambientes não
serão uniformes devido à dependência espacial dos campos das correntes das fontes (ver anexo C). É
importante observar que campos magnéticos estáticos também apresentam variabilidade considerável em
residências [64].
Método: As medições da variação espacial demandam o registro das componentes do campo magnético em
função da coordenada da posição. As normas existem para realizar tais medições próximas de linhas de
potência [27] e VTDs [28], [51]. Uma vez que tais medições podem ser feitas com os medidores mapeadores,
uma instrumentação incorporando “rodas de medição” é disponível para caracterizar as distribuições espaciais
de campos magnéticos em ambientes onde obstruções físicas não impedem o movimento da roda. Quando a
roda gira, ela periodicamente liga o medidor do campo magnético de três-eixos para registrar o campo
magnético resultante. O software fornecido com tal instrumentação permite a geração de traçados do perfil
do campo magnético, contornos equicampos, análises estatísticas dos níveis do campo, etc. Pela meta (a), tal
informação não irá captar as variações temporais do perfil do campo sem repetidas medições.
Meta (c): caracterização da variação temporal
Desde que os campos magnéticos são produzidos por correntes de carga e correntes que retornam pelo terra
que podem variar consideravelmente com o tempo, as variações temporais dos campos magnéticos podem
facilmente exceder 100%. Por exemplo, A figura D.4 mostra registros de 24 h do campo magnético
resultante de fundo no centro de uma sala numa área urbana, durante dois dias, onde as correntes de carga
variaram significantemente devido às condições de tempo [26]. Os dados foram registrados por um medidor
mapeador a cada 15 s a e uma altura de 1 m acima do solo, e a banda passante foi escolhida
adequadamente para caracterizar a freqüência fundamental e as harmônicas da rede de potência. A figura
D.4a mostra as medições realizadas durante um dia quente e úmido onde os condicionadores de ar
presumidamente estavam sendo usados a pleno regime. As medições de campo no mesmo local em um dia
frio menos úmido, mostradas na figura D.4b, revelam uma distribuição diferentemente significante nos valores
de campo com a média de campo sendo a metade do que foi observado no dia quente úmido. A informação é
anedótica porém indica o que pode ocorrer quando ocorrem mudanças significantes nas correntes de carga.
Um mecanismo que pode produzir variações temporais de curto prazo no campo magnético é a movimentação
de objetos ferromagnéticos, como carros e caminhões passando pelos locais da medição.
Método: Medidores de campo magnético de eixo único e de três eixos são disponíveis com conexões de
saídas que podem ser usadas juntamente com os registradores de dados, disponíveis comercialmente, para
registrar as variações dos níveis do campo magnético em um ou mais locais, em função de tempo. Medidores
de exposição de três eixos e instrumentação de captação da forma da onda de campos magnéticos (ver
cláusula D.1) também podem ser usados para registrar periodicamente níveis de campo. Devido à
dependência dos níveis de campo magnético em relação as correntes de carga, que podem variar
diariamente, semanalmente, sazonalmente, etc., o desafio é determinar o intervalo de tempo para o registro
das medições que captarão variações suficientes do campo para obter uma descrição estatística válida. A
condução um estudo piloto inicial no ambiente de medição de interesse pode ser útil para definir a questão do
tempo de amostragem da medição.
Uma consideração adicional que deve ser levada em conta quando medições são feitas em sistemas
elétricos de transporte de massa e outras áreas onde há uma variedade de motores de velocidade. Por
exemplo, em túneis de metrô, o campo magnético pode estar relacionado com a velocidade do metrô [13].
Meta (d): caracterização do campo magnético médio ponderado no tempo
49
Um número de estudos epidemiológicos sobre câncer relativo ao trabalho e infantil, que examinam a
possibilidade de efeitos de exposição relacionados à saúde na freqüência industrial de campos magnéticos,
tem considerado o campo magnético médio ponderado no tempo como a “dosagem” ou “valor” de exposição
de referência [15], [38], [59], [67]. Esses e outros estudos têm sido feitos para a determinação do campo
magnético médio ponderado no tempo ser uma relevante meta da medição.
Método: Pequenos medidores de exposição de três eixos que são presos ao corpo e medem a integral com
relação ao campo magnético podem ser usados para medir diretamente o campo magnético médio ponderado
no tempo [32]. Outros medidores de exposição de três eixos que registram periodicamente o campo magnético
(ver cláusula D.1) podem ser usados para determinar o campo magnético médio ponderado no tempo através
da análise dos valores registrados do campo. Combinações de instrumentos menos portáteis com capacidade
de registro também podem ser usados para medir o médio ponderado no tempo nos locais de interesse.
Estimativas do campo magnético médio ponderado no tempo anuais têm sido calculadas para residências
através dos registros das correntes de carga de linhas de transmissão e dos locais onde as residências
acompanham o corredor da linha de transmissão [15].
Meta (e): caracterização da intermitência dos campos magnéticos
Existem relatórios na literatura técnica que indicam que a exposição intermitente na freqüência industrial de
campos magnéticos pode ser mais efetiva em explicar certas respostas biológicas do que exposição a campos
estáveis [7]. Tais relatórios sugerem que algum índice dos níveis “altos” e “baixos” do campo magnético pode
ser uma característica do campo a ser quantificada.
Método: Medidores de campo que podem periodicamente medir e registrar o campo magnético devem ser
usados para alcançar essa meta. O que não é claro é com que freqüência os valores de campo devem ser
registrados com que intervalo de tempo eles devem ser medidos. Por exemplo, medições registradas a cada
15 s (ver figura D.4) irão , geralmente, mostrar mais flutuações do que se medidas em cada hora forem usadas
para caracterizar as flutuações [41]. Pesquisadores de efeitos biológicos podem ser consultados para instruir
como definir um índice de flutuação. Devido à disponibilidade dos dados registrados, diferentes índices de
flutuação podem ser calculados e reportados, como por exemplo o número de aumentos ou diminuições
(excedendo o valor da porcentagem especificada) do campo usando valores médios de campo para 1min, 2
min, etc.
Meta (f): Caracterizando a incidência e duração dos níveis de campo excedendo o valor percentual de
referência
Modelos que presumem efeitos biológicos freqüentemente assumem que existe algum valor percentual de um
agente abaixo do qual, se aplicado, não causa efeito. Esse modelo tem sua analogia para possíveis efeitos de
exposição de campos magnéticos.
Método: Medidores de campo que registram periodicamente o campo magnético podem ser usados para
alcançar essa meta. A escolha de qual nível de campo usar como valor percentual pode exigir uma consultoria
a pesquisadores de efeitos biológicos. Como na meta (e), a disponibilidade de dados registrados permite a
determinação de quantas vezes os valores de campo medidos excederam um ou mais valores da
porcentagem de referência. Também, como na meta (e), os resultados podem depender da freqüência de
registro dos níveis do campo magnético.
Meta (g): caracterização do conteúdo de freqüência no campo magnético
Visto que (1) campos magnéticos de equipamentos elétricos muitas vezes contem harmônicas de freqüência
industrial ou freqüências não relacionadas à freqüência industrial, e (2) os limites de campo magnético foram
estabelecidos em função da freqüência [5], [29], a caracterização do conteúdo de freqüência pode ser uma
meta importante.Um exemplo de campo magnético que é rico em harmônicas é aquele gerado por uma
ferramenta elétrica comum como mostrado na figura D.5. A figura D.5a mostra a medição pontual da
freqüência extremamente baixa da forma da onda do campo magnético a 0,60m do centro frontal de uma tela
de televisão a cores de 26 polegadas em funcionamento [18]. As componentes harmônicas do campo são
indicadas na figura D.5b, a qual mostra um display de um analisador de espectro da forma da onda da figura
D.5a
As componentes harmônicas, da segunda (120 Hz) até a décima nona, podem ser vistas. É importante
observar que a medição do valor r.m.s. desse campo com o medidor de campo que apenas detecta a
componente fundamental será muito baixo, menor que 20%.
Método: Medidores de campo magnético de eixo único e três eixos, disponíveis comercialmente, são às vezes
fornecidos com conectores de saída que dão o sinal integrado da sonda.
50
Tal instrumentação, juntamente com os analisadores de espectro disponíveis comercialmente, podem ser
usados para caracterizar as componentes de freqüência do campo magnético. Como alternativa, existem
instrumentações de captação de onda que possuem softwares que permitem a determinação do conteúdo da
freqüência a partir dos dados registrados. Medidores de campo magnético que podem ser sintonizados para
indicar valores r.m.s. da freqüência industrial do campo e uma ou mais freqüências harmônicas também são
disponíveis.
Deve ser observado que o conteúdo da freqüência de campos magnéticos gerados por equipamentos elétricos
de velocidades variáveis, sistemas elétricos de transporte de massa, podem mudar em função da velocidade
[13].
Meta (h): caracterização da polarização do campo magnético
Uma caracterização completa do campo magnético requer uma determinação da sua polarização (ver anexo
C) para uma dada freqüência. A polarização do campo magnético pode ser de interesse dentro do contexto da
exposição humana por que, por exemplo, campos magnéticos com polarizações diferentes, porém com o
mesmo valor resultante (ver cláusula D.1), podem induzir campos elétricos e correntes em sistemas biológicos
que são significantemente diferentes em termos de suas propriedades temporais e geométricas [45].
Método: Medidores de campo de eixo único, medidores de campo de três eixos (que fornecem leituras de um
eixo individual), e sistemas de captação de onda de três eixos podem ser usados para medir os valores r.m.s.
dos semi-eixos maior e menor da elipse do campo magnético para determinar sua polarização em um ponto
no espaço. Como observado no anexo C, esse procedimento assume que apenas uma única componente da
freqüência do campo magnético está sendo medida. Na presença de outras freqüências, o vetor girante do
campo magnético não traça mais uma simples elipse [61], [40]. Variações da polarização em função do tempo
e da localização deveriam ser antecipadas.
Meta (i): Caracterização da exposição humana em campos magnéticos
Essa importante meta foi colocada no final da lista de metas com a finalidade de primeiro descrever os
parâmetros do campo magnético que podem ser interessantes do ponto de vista da exposição humana.
Método: Uma distinção clara deve ser feita entre a caracterização de um ou mais parâmetros do campo
magnético e a exposição a tais parâmetros. A exposição é melhor determinada usando um medidor de campo
em miniatura que periodicamente registra o(s) parâmetro(s) do campo que interessam em um local de
interesse no corpo. Estimativas de exposição humana para um dado parâmetro de campo, em uma área
específica, podem ser feitas por uma combinação
de medições de variações espaciais e temporais do
parâmetro e informação que descreve padrões de atividade humana na área de interesse (ver [12] para
discussão do caso de campos elétricos). Esta abordagem falha em não considerar as exposições fora das
áreas de caracterização do campo.
Medidores de exposição de três eixos comercialmente disponíveis que podem ser presos ao corpo podem ser
usados para medir exposições efetivas dos parâmetros do campo identificados nas metas (a) até (f) para
diversas bandas passantes. Tal instrumentação periodicamente registra o valor do campo magnético
resultante por períodos de tempo extensos em vários dias, dependendo da freqüência de amostragem do
campo magnético, de capacidade de armazenamento de memória, e da vida útil da bateria. A taxa de
amostragem dependerá, em parte, do modelo assumido para a interação do campo e a pessoa (por exemplo
ver metas (e) e (f)). Os dados coletados podem ser transferidos para um computador, e um software fornecido
junto com a instrumentação, ou especialmente desenvolvido, é usado para determinar a exposição para os
parâmetros descritos nas metas de (a) a (f).
Exposições humanas passadas em áreas específicas podem ser estimadas tendo um hospedeiro, portando
medidores de exposição, fazendo atividades que eram conduzidas no passado em áreas específicas [59], [60],
[67]. Esta abordagem assume que as fontes de campo magnético não mudam significantemente através do
tempo.
D.4 Exemplo de protocolo de medição de campo magnético para a exposição humana
Um exemplo de protocolo de medição para determinar a exposição humana a densidades de fluxo magnético
em subestações é descrito abaixo. Como parte do processo de desenvolver o protocolo, as metas e métodos
de medição para determiná-la estão claramente indicados. Deve ser observado que os procedimentos de
medição descritos abaixo podem diferir significantemente daqueles usados em outros ambientes com outras
metas. Por exemplo, critérios diferentes de exposição e localização da medição relativos ao corpo humano
podem ser de interesse, ou freqüências diferentes da freqüência industrial e das harmônicas de freqüência
industrial podem ser importantes. O exemplo, contudo, ilustra os elementos essenciais de um protocolo de
medição para caracterizar a exposição humana, i.e. uma clara indicação das metas e dos requisitos do
51
protocolo de medição passo a passo. Uma discussão mais adiante das metas e métodos usados para
caracterizar campos magnéticos é fornecida na cláusula D.3.
NOTA – É reconhecido que existem outros métodos para atingir as mesmas metas de medição.
Meta A meta das medições é determinar se níveis de campos magnéticos alternados maiores que os
indicados na pré-norma ENV 50166-1 da CENELEC[5] são experimentados por uma equipe de trabalho em
uma subestação de sistema de potência elétrica. Como indicado na pré-norma, os parâmetros de campo
assim caracterizados são o campo magnético resultante e freqüência associada às várias componentes de
freqüência do campo. Os locais de medição de interesse são a parte central do tronco e da cabeça.
NOTA – Enquanto a pré-norma ENV 50166-1 da CENELEC [5] preferiu como locais de medição para campos magnéticos
não-uniforme a região média ocupada pela cabeça ou tronco de uma pessoa, as medições nos centros dessas regiões são
também permitidas se a medição anterior não foi possível. No protocolo descrito abaixo, os valores aproximados dos
centros dos volumes são considerados por que a pessoa não é estritamente imóvel.
O critério de conformidade à pré-norma ENV 50166-1 da CENELEC [5] é que cada componente de campo, E i
e B j , deve ser menor que os níveis de referência associados, E RLi e B RLj , respectivamente. Aqui E i e E RLi
são os valores (r.m.s) do campo elétrico na i-ésima freqüência, e B j e B RLj ,são as quantidades
correspondentes do campo magnético. Adicionalmente,
(17)
e
(18)
No exemplo de protocolo que é considerado, os níveis de referência E RLi e B RLj são dados pelas relações
(1500/f) kV/m e (80/f) mT, respectivamente, onde f é a freqüência. Apenas freqüências em que E i / E m ≥ 0,3 e
B j / B m ≥ 0,3 precisam ser incluídas na soma, onde E m e B m são as maiores contribuições de E i e B j ,
respectivamente.
NOTA – Quando a pré-norma ENV 50166-1 da CENELEC [5] for substituída por uma revisão aprovada, o protocolo pode
precisar de ajustes para ficar de acordo com os novos requisitos.
As seguintes condições são assumidas:as tarefas diárias da equipe de trabalho requerem que eles se movam
na subestação, ocasionalmente no nível do solo, bem como trabalhando sentados. Os locais das fontes de
campo magnético são geralmente conhecidos, e a temperatura e a umidade relativa estão dentro das faixas
especificadas em 5.1.4. É também assumido que a maior harmônica da freqüência industrial, que pode ser
significante em magnitude, é menor que a 7ª. As contribuições do campo elétrico nas somas das equações
(17) e (18) são consideradas em E.4, mas não são levadas em conta no seguinte protocolo.
Método Inicialmente, um mapeamento preliminar deve ser realizado para caracterizar a distribuição espacial
da densidade do fluxo magnético com o objetivo de identificar os locais com os maiores níveis de campo.
Medições pontuais do campo magnético resultante ou campo magnético máximo devem ser feitas
durante o mapeamento preliminar. As medições pontuais devem ser feitas quando o uso de eletricidade
estiver próximo de níveis máximos, i.e. quando correntes de carga são altas. Desse mapeamento e/ou
conhecimento das posições das fontes do campo magnético, locais podem ser identificados onde medições
mais completas devem ser feitas. Para esses locais onde medições mais completas são feitas, deve ser
aplicado o seguinte:
52
–instrumentação de três eixos deve ser usada para medir e registrar o campo magnético resultante em
função do tempo e da freqüência. Isso pode ser realizado utilizando medidores de campo com diversas
bandas passantes de freqüência, suficientemente estreitas, que podem ser sintonizadas com a finalidade de
medir a freqüência industrial e suas harmônicas, com saídas adequadas que podem se conectar a
analisadores de espectro, e uma instrumentação que registra a forma da onda do campo numa taxa
suficientemente rápida e faz que uma análise Fourier dos valores registrados (ver cláusula D.1 para descrições
do instrumento);
NOTA –Quando existem razões adequadas para se acreditar que existe uma componente de freqüência dominante no
campo e que todas as outras componentes de freqüência são suficientemente pequenas para satisfazer o critério
específico na pré-norma ENV 50166-1 da CENELEC [5], (i.e. densidades de corrente induzida satisfaz J i / J max < 0,3 e as
inigualdades existentes em B e E), é aceitável medir o campo usando um instrumento com uma resposta plana em
freqüência como especificado em 5.1.3 e 5.1.1 nessa norma.
•
a resolução espectral da instrumentação deve ser 0,2f na freqüência f,
•
a faixa de magnitude da instrumentação deve se estender pelo menos do nível de referência da 7ª
harmônica da freqüência industrial [(80/7ª freqüência harmônica) mT] para o nível de referência da
freqüência industrial [(80/freqüência industrial) mT];
•
A faixa de freqüência de instrumentação deve ser adequada para a caracterizar o campo de
freqüência industrial e suas harmônicas até a 7ª harmônica;
•
a incerteza de medição da instrumentação deve ser menor do que ± 10% (fator de cobertura de 2);
•
a área recomendada da sonda é 0,01 m² ou menor;
•
se as fontes de campo magnético estão distantes, aproximadamente 1 m ou menos, do local de
medição, deve ser levado em consideração às incertezas de medição devido aos efeitos de média
das bobinas sondas (ver cláusula B.1 e tabela B.1). Em campos não-uniformes, as dimensões da
sonda devem ser reportadas e uma estimativa dos efeitos impostos pela média da sonda deve ser
descrita se significante;
•
A sonda de três eixos deve ser posicionada nos locais próximos dos centros do tronco e da cabeça, e
o maior dos dois valores deve ser usado para determinar o local para medições mais completas;
•
para adquirir informações sobre as variações temporais, as medições devem ser registradas a pelo
menos cada 30 s em períodos acima de 24 h durante vários dias quando o uso de eletricidade estiver
próximo ou no máximo;
NOTA – Nos locais onde o campo é devido a uma única fonte dominante e para os quais correntes de carga são
conhecidas em função do tempo, os resultados das medições pontuais e o conhecimento das variações temporais
das correntes de carga podem ser usados para determinar a densidade do fluxo magnético em função do tempo.
•
Os dados registrados devem ser usados para calcular e documentar a duração dos níveis de
densidade do fluxo magnético em diferentes freqüências e localizações. Outras informações
estatísticas podem ser reportadas se consideradas de interesse (ver 5.4);
•
a exposição humana a campos magnéticos que excedem os níveis de referência da CENELEC é
estimada pela identificação de coincidências entre os períodos do dia onde as pessoas estão
presentes em um certo local e os períodos do dia onde o nível do campo magnético se iguala ou
excede o nível de referência no mesmo local. Os dados também devem ser usados para verificar o
cumprimento do critério dado pela somatória do campo magnético na equação (17);
•
como parte da documentação dos resultados de medição, esboços das áreas onde as medições são
feitas devem ser fornecidos. Os locais dos pontos de medição devem ser claramente indicados, como
com um “x” ou “•”. O fabricante do instrumento, o modelo do instrumento, o número de série, a
incerteza de medição total (fator de cobertura 2), a data da última calibração ou verificação de
calibração, o tempo e data das medições, as condições de tempo, e a pessoa ou as pessoas que
fazem as medições devem ser indicadas.
53
Figura D.1 –Vista esquemática do medidor simples de campo magnético com sonda do tipo bobina
Legenda
L indutância da bobina
R resistência do fio
C capacitância parasita
R D impedância de entrada do detector
Figura D.2 – Circuito equivalente aproximado de uma bobina sonda quando conectada ao detector
Cada ponto dado representa as medições em dois locais no mesmo quarto. Uma medição é feita no centro do quarto
(abscissa) e a outra medição é feita em outro lugar (ordenada) com a localização não especificada. Os coeficientes de
correlação são 0,789 e 0,642 para os quartos e cozinhas, respectivamente. Todos os pontos de informação estão na
mesma linha diagonal para um coeficiente de correlação igual a 1.
Figura D.3 – Pontos de dispersão mostrando o campo magnético no centro de um quarto verso outros
pontos no mesmo local em salas e cozinhas durante o mapeamento de 77 casas, depois [62]
54
Figura D.4a – Medições durante tempo quente e úmido
Figura D.4b – Medições durante tempo frio e seco
Figura D.4 –Medições 24 h do campo magnético no centro de um quarto
Figura D.5a – Display do osciloscópio da forma
da onda do campo magnético; valor r.m.s = 0,17 µT
Figura D.5b = Display do analisador
de espectro normalizado para a forma
(escala vertical = 0,2 µT /div; escala horizontal = 5ms/div)
da onda mostrada na figura (200 Hz/div)
Figura D.5 –Display do osciloscópio da forma da onda do campo magnético a uma distância de 0,60 m
do centro frontal de uma tela de televisão em cores de 26 polegadas em funcionamento, e display do
analisador espectral associado
55
Anexo E
(informativo)
Medidor de intensidade de campo elétrico (medidores de campo elétrico) – Instruções para medições
E.1 Características gerais de medidores de campo elétrico
Os medidores de intensidade de campo elétrico consistem em duas partes, a sonda ou elemento sensor de
campo, e o detector, que processa o sinal da sonda e indica o valor r.m.s. da intensidade do campo elétrico
em unidades de volts por metro usando um display digital ou analógico. Os seguintes três tipos de medidores
de campo elétrico são considerados nesta norma:
a)
b)
c)
o medidor de espaço livre;
o medidor de referência de terra;
o medidor eletro-óptico.
Quando são feitas medições de intensidade de campo elétrico, o observador deve ficar distante da sonda para
evitar uma perturbação significante do campo onde está localizado a sonda (ver cláusula B.2.1). Medidores
de espaço livre e eletro-óptico devem ser suficientemente pequenos para que a dimensão da sonda não
perturbe significantemente as distribuições da carga nos limites da superfície que geram o campo elétrico, i.e.
superfícies energizadas e aterradas. Embora os medidores de campo sejam calibrados em campos elétricos
quase uniformes, o campo que é medido não precisa ser muito uniforme (ver cláusula B.2.8). Medidores de
campo elétrico medem a projeção do vetor do campo elétrico oscilante (linearmente polarizado) ou girante
(elipticamente ou circularmente polarizado) nos eixos elétricos de sonda (o eixo da maior sensibilidade do
campo elétrico). Medidores de campo elétrico de espaço livre, de três eixos, são disponíveis para medir o
campo elétrico resultante.
E.2 Teoria de operação
E.2.1 Medidores de espaço livre
Medidores de espaço livre determinam a intensidade do campo elétrico medindo a corrente induzida
permanente ou a carga oscilante entre as duas partes condutoras (eletrodos) de uma sonda isolada
eletricamente, depois da sonda ser introduzida no campo elétrico. Nos medidores de espaço livre,
comercialmente disponíveis, o detector é geralmente contido dentro ou é parte integrante da sonda. A sonda e
o detector são mantidos no campo elétrico pela extremidade isolante [11], [27]. O medidor de espaço livre é
adequado para medições de mapeamento porque é portátil, permitindo medições acima do plano da terra, e
não requer uma referência de potencial de terra. Medidores de espaço livre de eixo único e três eixos são
comercialmente disponíveis. Medidores de espaço livre são normalmente alimentados por bateria.
Também existem medidores de espaço livre projetados para ter um display remoto da intensidade do campo
elétrico. Nesse caso, uma porção do circuito processador de sinal está contida na sonda e o resto do detector
está em uma parte separada com um display analógico ou digital. Uma conexão por fibra-óptica conecta a
sonda à unidade de display [19], [34].
A figura E.1 mostra exemplos de geometrias do medidor de espaço livre de eixo único. A teoria de operação
dos medidores de espaço livre pode ser entendida considerando um corpo condutor descarregado com
partes ou eletrodos separados, introduzidos em um campo elétrico uniforme E. A carga induzida em um dos
eletrodos é
(19)
onde
D é o deslocamento elétrico;
n é um vetor unitário perpendicular a superfície do eletrodo;
dA é um elemento de área na metade do corpo com superfície total S.
O caso de uma geometria esférica como mostrado na figura E.1a fornece o seguinte resultado:
56
(20)
onde
ε o é a permissividade de espaço livre;
a é o raio da esfera [58].
NOTA – A densidade da carga da superfície é dada por 3ε 0 E cos θ . A integração nos hemisférios fornece a
equação (20) (ver [58]).
Para geometrias menos simétricas, o resultado pode ser expresso por
(21)
onde k é uma constante dependente da geometria da sonda.
Eletrodos sensores que usam cubos e placas paralelas (ver figura E.1b), têm sido empregados. Se a
intensidade do campo elétrico tem uma dependência no tempo senoidal, por exemplo E 0 senωt , onde ω é a
freqüência angular, a carga induzida oscila entre as duas partes, e a corrente é dada por
(22)
A constante k pode ser considerada uma constante de medidor de campo e é determinada pela calibração. A
influência do suporte manual, representando uma impedância de fuga, e a perturbação introduzida pelo
observador são tidas como desprezíveis na discussão acima.
Se houver harmônicas no campo elétrico, existirá um termo adicional no lado direito da equação (22) para
cada harmônica. Por causa da operação de diferenciação na equação (22), cada um dos termos adicionais
será ponderado pelo número da harmônica associada. Como no caso do medidor de campo magnético (ver
cláusula D.2) é necessário que o detector faça uma operação matemática inversa, chamada integral. Por
exemplo, um amplificador integrador ou um circuito passivo integrador, ambos combinados com um voltímetro
podem ser usados como um detector. A resposta em freqüência da combinação da sonda e do circuito
integrador deve ser plana na faixa de freqüência de interesse. Filtros devem ser usados para excluir os sinais
que estiverem fora da faixa de freqüência de interesse.
E.2.2 Medidores de referência de terra
Medidores de referência de terra determinam a intensidade do campo elétrico medindo a corrente ou carga
da superfície sensora de uma sonda plana. Tais medidores são normalmente usados para medir o campo
elétrico no nível do solo ou em superfícies condutoras planas que estão no potencial de terra. Duas sondas
projetadas têm sido empregadas. Um projeto usa de um único condutor plano com uma seção central isolada
que serve como uma superfície sensora. Pequenas versões desse tipo de sonda têm sido feitas com uma
placa de circuito coberta por uma dupla face como mostrado na figura E.2a. Um segundo projeto consiste de
duas placas paralelas separadas por um lâmina fina de isolamento, com a placa superior agindo como a
superfície sensora como mostrado na figura E.2b. Na lei de Gauss, a carga Q, induzida em uma superfície
sensora com área A, é dada por
(23)
onde
E é a média da intensidade do campo elétrico na área sensora;
ε 0 é a permissividade do espaço livre.
Assumindo que E varia senoidalmente com a freqüência angular ω (i.e. E = E 0 senωt ), a corrente induzida
resultante é dada por
(24)
57
Se existem harmônicas no campo elétrico, existirá novamente um termo adicional do lado direito da equação
(24) para cada harmônica. Como em E.2.1, devido a operação de diferenciação, cada um dos termos
adicionais será ponderado pelo número da harmônica associada. Para recuperar a forma da onda do campo
elétrico é necessário fazer uma operação matemática inversa, chamada integral. Uma combinação do circuito
integrador/voltímetro que produz uma resposta em freqüência plana na faixa de freqüência de interesse
pode ser usada como um detector. Filtros também devem fazer parte do circuito detector para excluir sinais
que estiverem fora da faixa de freqüência de interesse. Medidores de referência de terra podem funcionar
com bateria ou na rede elétrica.
Medidores de campo elétrico com sondas planas podem ser usados para medir a intensidade do campo
elétrico em superfícies planas energizadas eletricamente se o detector é operado no mesmo potencial que a
superfície energizada. Em tais casos, o display analógico ou digital do detector deve ser observado
remotamente, por exemplo visualmente, a uma distância, ou usando uma conexão de fibra-óptica.
E.2.3 Medidores eletro-ópticos
O medidor de campo eletro-óptico considerado nesta norma emprega uma sonda que exibe o efeito de
Pockels quando introduzido no campo elétrico. Este tipo de medidor de campo é similar ao medidor de
espaço livre que é apropriado para medições de mapeamento, permite medições na maioria dos pontos
acima do plano da terra, e não requer uma referência do potencial de terra. A sonda, que é separada do
detector, pode ser apoiada no campo isolante. A sonda e o detector são conectados com fibras ópticas através
das quais a luz do detector é enviada da e para a sonda. Em geral, as sondas são pequenas em dimensão
(~0,02 m) comparadas com as sondas dos medidores de espaço livre e isso permite que medições feitas
sejam próximas de superfícies condutoras devido a pequenas interações com as distribuições de carga na
superfície. Entretanto, mesmo pequenas nas dimensões, as sondas de efeito Pockels têm menos sensibilidade
à campos elétricos (~5 kV/m e maiores) quando comparadas aos medidores de espaço livre (~1 V/m e
maiores) e são mais caras para fabricar.
A figura E.3 mostra um esboço da sonda de efeito Pockels e seus componentes constituintes. A luz originária
do detector é enviada da e para a sonda via fibras ópticas. O campo elétrico E induz uma refração dupla em
um cristal (Pockels) dielétrico adequadamente orientado que causa a modulação da intensidade de uma luz
polarizada linearmente de acordo com [21]:
(25)
onde
I t é a luz transmitida;
I i é a luz incidente;
E’ é o campo elétrico no cristal;
F é igual a λ / 2πn 3 c e I ;
λ é o comprimento de onda da luz;
n é o índice de refração;
I é a espessura do cristal;
c e é o coeficiente eletro-óptico do cristal.
Para a equação (25) ser válida, assume-se que o cristal não tem uma atividade óptica intrínseca.
A equação (25) mostra que a amplitude da modulação da luz é uma função do campo elétrico no cristal que,
por sua vez, é dependente de um campo externo E. Devido a transmissão da luz rastrear a forma de onda do
campo elétrico, um estágio de integração é desnecessário no detector para processar apropriadamente sinais
devido às harmônicas que podem estar presentes no campo elétrico. O cristal Pockels é às vezes revestido
com eletrodos transparentes para permitir medições de voltagem usando o efeito Pockels. Medidores eletroópticos podem funcionar ligados à rede ou à bateria.
E.3 Metas e métodos de medição
Como uma ajuda para os leitores interessados em desenvolver um protocolo de medição de campo, essa
cláusula fornece uma lista de possíveis metas e métodos de medição para serem alcançados. O leitor deve
também se referir a cláusula D.3 nos detalhes para desenvolver um plano de medição de campo magnético
que são aplicáveis a medições de campo elétrico. Por exemplo, os requisitos em que metas de medição
devem ser definidas anteriormente e a possibilidade de conduzir um estudo piloto deve ser adotada pelos
mesmos motivos previamente declarados.
58
As medições diretas da exposição humana à campos elétricos são mais complicadas do que determinar a
exposição à campos magnéticos, pois medidores de exposição de eixo único em miniatura que medem e
registram o campo elétrico na superfície do corpo [6], não são disponíveis com facilidade. Também, devido às
perturbações no campo elétrico pelo corpo, os valores de campo registrados são muito sensíveis à localização
do medidor de campo no corpo, e para a orientação do corpo. Tal instrumentação tem sido usada para
determinar “fatores de aprimoramento” do campo elétrico em localizações específicas na superfície do corpo,
i.e. a proporção do campo elétrico perturbado na superfície do corpo em relação ao campo elétrico não
perturbado, para diferentes localizações e orientações do corpo em um campo elétrico vertical [6].
NOTA – Um sistema de medição de exposição que emprega uma capa condutora elétrica como a sonda que sente um
campo médio na região do corpo acima da cintura também é descrita no livro [12].
Fatores de aprimoramento para seres humanos e animais em campos elétricos verticais também têm sido
reportados por outros pesquisadores [11], [66]. Os fatores de aprimoramento têm sido usados para o
escalonamento de campos elétricos em animais de diferentes espécies quando exposições são planejadas
para estudos biológicos in vivo. Caracterização do campo elétrico não perturbado, seguidas de escalas de
campos apropriadas para estudos biológicos in vivo (e in vitro) tem sido um padrão para investigação dos
possíveis efeitos de exposição a campos na freqüência industrial. Medições de um campo elétrico não
perturbado também são requeridas por documentos que definem limites de exposição para campos elétricos
[5], [29]. Assim, a caracterização do campo elétrico não perturbado tem sido o foco primário dessa norma.
NOTA – Uma exceção importante é descrita em [51] e [28], que requer a medição de campos elétricos perturbados de
VTDs usando medidores de campo elétrico de referência de terra acima do plano de terra. A razão para esta abordagem é
que a sonda aterrada, uma placa circular plana, representa aproximadamente a superfície de um operador VTD ligado à
terra. A relação entre o valor do campo elétrico perturbado que é medido e os valores do campo elétrico na superfície do
operador é desconhecida (ver também meta (i)).
Deve ser observado que campos elétricos de interesse no passado foram principalmente campos elétricos
verticais produzidos por linhas de potência e equipamentos de alta-voltagem associados. Os campos elétricos
de tais fontes podem ser superiores a 10 kV/m [1] e são muito maiores do que campos elétricos tipicamente
encontrados em residências. Em residências, os campos elétricos podem variar no valor de algumas centenas
de volts por metro (como próximo a um lençol elétrico) para menos do que poucos volts por metro distante de
ferramentas elétricas [4].
Abaixo é apresentada uma lista de metas e possíveis métodos de medição para o alcance dessas metas. Para
a caracterização de campos magnéticos (ver cláusula D.3), a lista não deve ser considerada completa porque
pode haver uma grande variedade de metas e métodos. Para cada meta a banda de passagem da freqüência
da instrumentação é escolhida para a freqüência ou freqüências de interesse (ver meta (g)).
Meta (a): caracterização dos níveis de campo elétrico
Limites permissíveis de níveis de campo elétrico em função da freqüência têm sido indicados em vários
documentos [5], [29]; esses limites requerem a determinação dos níveis de campo com a maior magnitude
assim como suas direções em áreas específicas.
Método: medidores de espaço livre e eletro-ópticos podem ser usados para fazer medições pontuais em
campos elétricos máximos ou resultantes. Medidores de referência de terra devem ser usados para medidas
no plano de terra ou em superfícies no potencial de terra. Instruções existem para medir predominantemente
a vertical do campo elétrico da freqüência industrial próxima do nível do solo nas vizinhanças das linhas de
potência [22], [27]. O campo elétrico vertical é freqüentemente medido porque essa quantidade pode ser
usada para calcular efeitos de indução em objetos próximos do nível do solo [9]. Diferentemente das medições
pontuais de campos magnéticos de linhas de potência, os valores medidos não mudarão muito porque as
voltagens se mantêm quase constantes (a concavidade dos condutores devido ao aquecimento provocado por
altas correntes de carga pode levar a níveis maiores de campo).
Algumas instruções são dadas para medir a freqüência industrial de campos elétricos longe de linhas de
potência onde a área geométrica do campo é bem menos definida [22]. Um arranjo similar, aquele usado para
determinar efeitos de proximidade (ver figura B.2), também pode ser usado para realizar medições.
Estimativas da variação dos níveis do campo elétrico podem ser obtidas fazendo medições pontuais com
todas as ferramentas elétricas e equipamentos ligados e desligados na área de interesse [4].
Meta (b): caracterização de variações espaciais
A distribuição espacial de campos elétricos distantes das linhas de potência é tipicamente desconhecida.
Campos elétricos alternados na maioria dos ambientes serão não uniformes devido às dependências espaciais
59
das fontes dos campos (condutores energizados) serem as mesmas em alguns casos como aqueles em
campos magnéticos.
Método: Medições de variação espacial requerem o registro das componentes do campo elétrico em função da
coordenada posição. As normas existem para realizar tais medições próximas de linhas de potência [22], [27]
e VTDs [28], [51]. Enquanto tais medições podem ser feitas com os medidores mapeadores, a
instrumentação usada em conjunto com “medições de roda” está disponível para caracterizar distribuições
espaciais de campos elétricos em ambientes onde obstruções físicas não impedem o movimento da roda.
Enquanto a roda gira, ela periodicamente liga o medidor do campo elétrico de espaço livre de três-eixos que
capta e transmite a forma da onda do campo elétrico (componente) via um cabo de fibra óptica a uma parte do
circuito detector para armazenamento. O software fornecido com tal instrumentação permite a geração de
registros sobre o perfil da intensidade do campo elétrico, contornos equicampos, análises estatísticas dos
níveis do campo, etc. Tais dados não irão captar as variações temporais do perfil do campo sem que haja
medições repetidas. Variações no campo podem ocorrer se a sonda for movimentada, passando pelas
superfícies com carga elétrica, tais como plásticos e roupas sintéticas.
Meta (c): caracterização da variação temporal
As variações temporais dos campos elétricos, em geral, não podem ser maiores que as variações dos campos
magnéticos.Campos elétricos são produzidos por condutores que são energizados eletricamente. O campo
elétrico em certo ponto será a soma das contribuições vetoriais de todos os condutores energizados nas
vizinhanças do local de medição. Efeitos de blindagem fornecidos por materiais de construção, que podem
depender das condições do tempo (como estruturas molhadas em um tempo chuvoso), podem contribuir para
a variabilidade. Variações de curto prazo irão ocorrer se houver o movimento de objetos condutores (como
carro e caminhões) que estiverem passando pelos locais de medição.
Método: Instrumentação de espaço livre que registra periodicamente o campo elétrico em um ponto no espaço
e que pode ser usada em uma análise posterior, para determinar as variações temporais (ver meta (b)), ,é
disponível. Medidores de referência de terra que podem ser usados com registradores de dados, disponíveis
comercialmente, para registrar o campo elétrico nas superfícies do solo para uma análise posterior. A banda
passante de freqüência da instrumentação deve ser adequada para a freqüência ou freqüências de interesse
(ver meta (g)).
Meta (d): caracterização da média ponderada no tempo do campo elétrico
Meta (e): caracterização da intermitência do campo elétrico
Meta (f): Caracterização dos níveis de campo excedendo um valor específico
Método: Esses parâmetros podem ser determinados para intervalos de tempo de interesse pela análise dos
dados coletados com os medidores de campo elétrico que tem capacidade de registro (ver metas (b) e (c)).
Meta (g): caracterização do conteúdo da freqüência no campo elétrico
Devido aos limites do campo magnético serem colocados em função da freqüência [5], [29], a caracterização
do conteúdo da freqüência pode ser uma meta importante.
Método: A instrumentação de espaço livre comercialmente disponível, que pode registrar periodicamente a
forma da onda do campo elétrico, possui um software que permite a determinação do conteúdo da freqüência
dos dados gravados. Os sinais dos medidores de campo elétrico de referência de terra podem ser usados com
analisadores de espectro para determinar o conteúdo da freqüência dos campos caracterizados em superfícies
aterradas. Medidores de espaço livre de três eixos que podem ser sintonizados em certas freqüências estão
sendo desenvolvidos. A banda de passagem de freqüência da instrumentação deve ser adequada para a
freqüência ou freqüências de interesse.
Meta (h): caracterização da polarização do campo elétrico
Uma caracterização completa do campo elétrico requer uma determinação da sua polarização para uma dada
freqüência.
Método: Medidores de campo de espaço livre de eixo único, medidores de campo eletro-ópticos podem ser
usados para medir os valores r.m.s. dos semi-eixos maior e menor da elipse do campo elétrico para
determinar sua polarização em um ponto no espaço. Os medidores de espaço livre de três eixos que podem
indicar a polarização também estão em desenvolvimento. Como observado anteriormente, esse procedimento
assume que apenas uma única componente de freqüência do campo está sendo medida. Com a presença de
60
outras freqüências no campo, o vetor elétrico girante não traça mais uma simples elipse. Instrução para a
determinação da polarização próxima de linhas de potência é dada em [22], [27].
Meta (i): Caracterização da exposição humana em campo magnético
Método: Uma distinção deve ser feita entre a caracterização de um ou mais parâmetros do campo elétrico
(como a meta (a) até (h)), e a exposição a tais parâmetros.Como foi discutido previamente, devido ao fato dos
medidores de exposição a campo elétrico não serem facilmente disponíveis, e a interpretação dos dados
registrados ser complicada, uma determinação direta da história da exposição pode ser difícil. Isso sugere que
o campo elétrico não perturbado seja caracterizado em termos de um ou mais parâmetros de interesse
considerados nas metas de (a) até (h). Estimativas da exposição humana para um ou mais parâmetros em
uma área específica podem ser feitas por uma combinação de medições de variações espaciais e temporais e
informações que descrevam padrões de atividades humana na área. Um estudo dessa técnica levou a
determinação dos “fatores de atividades” que podem ser usados como parte do processo para estimar a
exposição de longo prazo no campo elétrico em uma área agrícola [12]. A magnitude do campo na superfície
do corpo pode ser estimada usando fatores de aprimoramento previamente determinados para a área do
campo considerada.
Para geometrias fixas de campo elétrico, durante as quais existe uma movimentação humana limitada, a
intensidade do campo elétrico perturbado na superfície do corpo pode ser determinada usando um manequim
vestindo uma capa condutora e sondas planas isoladas eletricamente ou sensores afixados na superfície do
manequim nos locais de interesse [11]. Os potenciais de referência do manequim e circuitos detectores das
sondas são mantidos os mesmos, e podem ser variados para ficar quase compatíveis com as condições
predominantes nos ambientes reais. Registrando o sinal de saída do detector com um registrador de dados
obtém-se a informação sobre a variação temporal do campo perturbado.
D.4 Exemplo de protocolo de medição de campo elétrico
Um exemplo de protocolo de medição para determinar a exposição humana em campos elétricos em
subestações é descrito abaixo. Como parte do processo de desenvolver os protocolos, as metas de medição e
métodos para alcançá-las estão claramente indicados. Deve ser notado que os procedimentos de medição
descritos abaixo podem diferir significantemente daqueles usados em outros ambientes com outras metas. Por
exemplo, critérios diferentes de exposição e locais de medição relativos ao corpo humano podem ser de
interesse, ou freqüências diferentes da freqüência industrial podem ser importantes. O exemplo, contudo,
ilustra os elementos essenciais e os requisitos passo a passo do protocolo de medição. Uma discussão
adicional de metas e métodos usados para caracterizar campos elétricos é fornecida em E.3.
NOTA – É reconhecido que existem outros métodos para atingir as mesmas metas de medição.
Meta As metas das medições são para determinar se níveis maiores de referência dos campos elétricos
alternados [5] são experimentados por uma equipe de trabalho em uma subestação, e se a duração da
exposição excede o tempo limite indicado na pré-norma ENV 50166-1 CENELEC [5]. Os parâmetros do campo
a serem caracterizados são as maiores componentes verticais e horizontais do campo elétrico não perturbado
em função do tempo. A referência dos níveis da intensidade do campo elétrico da CENELEC E RL , para
campos que estão paralelos ao corpo, são 30 kV/m e 25 kV/m para 50 Hz e 60 Hz, respectivamente. As
referências dos níveis de campo podem ser excedidas se o campo elétrico for predominantemente
perpendicular ao corpo, e se certos requisitos na corrente induzida são encontrados [5].
A conformidade com a pré-norma da CENELEC [5] também requer a caracterização dos níveis da densidade
do fluxo magnético em função da freqüência e atender as equações (17) e (18), como discutido em D.4.
As seguintes condições são assumidas:as tarefas diárias das pessoas requerem que elas se movimentem na
subestação, ocasionalmente nos níveis do solo, bem como podem estar sentadas; os locais das fontes de
campo elétrico são geralmente conhecidas; e a temperatura e a umidade relativa estão dentro das variações
especificadas em 6.1.4. Mais tarde é assumido que o conteúdo harmônico é menor que 5% e, assim, sua
contribuição é desprezível para o valor r.m.s. do campo elétrico.
Método: Inicialmente, o mapeamento preliminar de medições pontuais da distribuição espacial do campo
elétrico resultante deve ser feito com o objetivo de identificar os locais com os maiores níveis de campo. As
medições devem ser feitas usando medidores de campo de espaço livre ou eletro-ópticos de eixo único ou
três eixos (ver cláusula E.1 para descrição da instrumentação) atendendo os seguintes requisitos
•
•
uma banda passante que inclui a freqüência industrial;
a faixa de magnitude da instrumentação que deve se estender pelo menos em alguns volts por metro
até 30 kV/m;
61
•
•
•
•
•
a incerteza da instrumentação deve ser menor do que ± 10% (fator de cobertura 2);
a sonda do campo elétrico deve ser localizada a 1 m acima do solo ou chão;
se a sonda estiver a uma distância, menor do que dois diâmetros da sonda, das superfícies
condutoras, deve ser levado em conta às incertezas de medição que ocorrem devido à imagem do
campo por causa de efeitos de proximidade (ver B.2.3);
efeitos de proximidade do observador devem são desprezíveis (ver B.2.1);
em locais onde o campo elétrico resultante é equivalente ou excede o nível de referência, as
maiores componentes verticais e horizontais do campo elétrico devem ser determinadas.
A conformidade da restrição de exposição de campo elétrico da CENELEC [5] é determinada observando-se o
campo elétrico vertical excede o nível de referência E RL da CENELEC [5];
NOTA – Esse protocolo assume que na maioria das ocorrências o campo elétrico vertical é paralelo ao corpo. Como
observado acima, dentro de certas condições, campos perpendiculares ao corpo são permitidos exceder o valor de E RL .
•
•
•
nos locais onde existem níveis de densidade de fluxo magnético significantes, é conveniente
considerar simultaneamente os valores registrados do campo elétrico e os valores do campo
magnético (em função da freqüência – ver 5.5.2) para determinar a conformidade com os critérios
dados pela equação (18);
nos locais onde o campo elétrico resultante é maior do que 10 kV/m, o limite da duração da
exposição imposto pela CENELEC [5] (durante um período de 8 h de trabalho) é determinado a partir
dos valores medidos do campo e da relação t ≤ 80 / E R , onde E R é expresso em kilovolts por metro e
o tempo t é expresso em horas.
como parte da documentação dos resultados de medição, esboços das áreas onde as medições são
feitas devem ser fornecidos. Os locais dos pontos de medição devem ser claramente indicados, com
um “x” ou “•”.Devem ser indicados o fabricante do instrumento, o modelo do instrumento, o número de
série, a incerteza total da medição (fator de cobertura 2), a data da última calibração ou verificação
de calibração, e a pessoa ou as pessoas que realizam as medições.
Figura E.1a – Medidor de campo
elétrico esférico de espaço livre
Figura E.1b – Medidores comerciais de
campo elétrico de eixo único
Figura E.1 –Geometrias do medidor de espaço livre de eixo único
62
Figura E.2a – Sonda plana feita com uma placa de
coberta com dupla proteção
Figura E.2b – Sonda plana contendo duas
circuito
placas paralelas separadas por lâmina
isolante
Figura E.2 –Projetos de sondas planas usadas em medidores de campo elétrico referência de terra
A amplitude da modulação enquanto a luz atravessa o cristal de Pockels e outros elementos ópticos fornecem uma medida
do campo elétrico E.
Figura E.3 – Sonda para medidor de campo elétrico de efeito Pockels
63
Anexo F
(informativo)
Instrumentação de medição de campo magnético estático
O motivo desse anexo é observar que medições de um campo magnético estático podem ser feitas
precisamente com uma variedade de instrumentação, disponível comercialmente, empregando diversas
técnicas de medição [37]. Por exemplo, magnetometros fluxgate, medidores de campo de ressonância
nuclear magnética (NMR), medidores de campo de efeito Hall, e o magnetometro com dispositivo
supercondutor de interferência quântica (SQUID) são alguns dos instrumentos disponíveis.
Medidores de campo magnetometro fluxgate e de efeito Hall podem ser usados para caracterizar
antecipadamente a variação de campos estáticos em ambientes de medição considerados na norma de
acompanhamento. Magnetometros fluxgate possuem sensibilidade adequada para medir campo dentro da
faixa de 0,1 µT (e mais baixa) até 0,01 T, e medidores de efeito Hall podem medir níveis entre 100 µT e 10 T
[37].
Ímãs de referência padrão são disponíveis comercialmente para fazer calibrações em níveis relativamente
altos de campo, como de 0,005 T a 2 T. O sistema de bobina comentado em A.1 pode ser usado para gerar
campos estáticos conhecidos com valores baixos e correntes contínuas são usadas para energizar as bobinas.
Entretanto, a influência do campo estático de fundo deve ser levada em conta quando for significante em
magnitude, comparada com o campo de calibração. Ímãs de referência padrão são disponíveis com blindagem
magnética para prevenir perturbações de campos magnéticos externos. O campo estático de fundo também
pode ser cancelado usando um conjunto de bobinas auxiliares. A orientação do eixo de calibração do sistema
de bobina na direção Leste-Oeste reduz a influência do campo geomagnético.
É importante observar que a alta exatidão dos medidores de campo magnético NMR permite que eles sejam
usados como um padrão de referência.
64
Anexo G
(informativo)
Unidades
G.1 Unidades
As unidades recomendadas são aquelas retiradas do Sistema Internacional de Unidades (unidades SI) e
unidades derivadas das unidades SI. Algumas unidades SI e derivadas do SI são listadas abaixo.
Para unidades adicionais, ver ISO 1000:1992 [30].
G.2 Unidades SI e unidades derivadas do SI
Tempo:
Potencial elétrico:
Corrente:
Indutância:
Resistência:
Intensidade de campo elétrico:
Densidade do fluxo magnético:
Intensidade de campo magnético:
segundos (s)
volt (V)
kilovolt (kV)
ampere (A)
henry (H)
ohm (Ω)
volts por metro (V/m)
tesla (T)
amperes por metro (A/m)
G.3 Constantes úteis da física
Constante de permeabilidade µ 0 :
4π ⋅10 −7 H / m
Constante de permissividade ε 0 :
8,854 ⋅10 −12 F / m
65
Anexo H
(informativo)
Bibliografia
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67
68
69
70