JORNADAS TÉCNICAS ISA - 2012
DESENVOLVIMENTO DE CALIBRADOR PARA OSCILÓGRAFOS DE DISJUNTOR
Flávio Augusto Mereu Pioto
Ricardo Camilo Zampieri
Técnico Pleno de Desenvolvimento
Divisão de Gestão de Manutenção
Centro de Manutenções Especiais
CTEEP – Brasil
[email protected]
Técnico Sênior de Desenvolvimento
Divisão de Gestão de Manutenção
Centro de Manutenções Especiais
CTEEP – Brasil
[email protected]
CATEGORIA
Sistemas de Controle, Proteção e Telecomunicações.
RESUMO
Os oscilógrafos para disjuntores são instrumentos largamente utilizados nas empresas do setor elétrico para medir a
velocidade e o sincronismo da abertura e fechamento dos contatos de disjuntores das subestações. Com a implantação
da ISO 9001:2008 nas manutenções em subestações, houve um aumento na demanda dos instrumentos calibrados pelo
Laboratório de Metrologia do Centro de Manutenções Especiais de Bauru, incluindo os oscilógrafos. Assim, dá-se início
a um estudo para quantificar e desenvolver novos métodos de calibração para estes instrumentos, bem como, um
controle dos mesmos. Como não foi encontrado no mercado um calibrador específico para oscilógrafos, os mesmos
foram calibrados por terceiros, porém os resultados não foram satisfatórios. Essas empresas prestadoras de serviço de
calibração também não dispõem de um padrão específico para tal, utilizando soluções que não atendem plenamente os
requisitos para uma boa calibração e, com isso, fornecendo um laudo de baixa confiabilidade. Diante das dificuldades
encontradas, o Laboratório de Metrologia iniciou o desenvolvimento de um padrão próprio, que atendesse plenamente
suas necessidades. O objetivo deste trabalho é demonstrar como o Laboratório de Metrologia do Centro de
Manutenções Especiais desenvolveu uma solução para calibração de oscilógrafos para disjuntores. Neste projeto foi
utilizados instrumentos de alta precisão já existentes dentro da empresa, aliados a uma solução eletrônica robusta,
extremamente confiável e de baixo custo, gerando assim, benefícios econômicos e técnicos que serão demonstrados no
decorrer deste trabalho.
PALAVRAS CHAVE
Oscilógrafo, Calibração, Disjuntor, Padrão, Precisão, Confiabilidade, Instrumentos de medição.
INTRODUÇÃO
são cruciais para garantir que os disjuntores
realizem suas funções satisfatoriamente, variando
de acordo com o tipo de disjuntor, número de
pólos, ou ainda, se possuem resistores de préinserção.
Os disjuntores são equipamentos de fundamental
importância dentro das Subestações e são
responsáveis pela abertura e fechamento de um
circuito sob carga em condições normais, além de
serem o meio pelo qual as proteções atuam no
sistema em caso de falhas.
Para garantir que esses tempos de manobra
estejam sempre corretos, são realizadas medições
desses parâmetros em todas as intervenções
realizadas nos disjuntores.
Para realizar tais medições são utilizados os
equipamentos chamados de oscilógrafos. Tais
equipamentos possuem vários canais e são
capazes de realizar medições em contatos secos,
contatos com resistores de pré-inserção e por nível
de tensão. Sua precisão é fundamental no
processo de medição dos tempos dos disjuntores,
pois são esses tempos que irão definir o sucesso
Devido a esse importante papel, é necessário que
os disjuntores estejam sempre em ótimas
condições de funcionamento, para atuarem com
precisão em caso de manobras programadas ou
em qualquer eventualidade.
Os parâmetros tempo de abertura, tempo de
fechamento, tempo de atuação em curto-circuito e
verificação de atuação com desacordo de pólos
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ou a falha de uma manobra.
2.1 ESTUDO DO PROBLEMA
Assim como qualquer instrumento de medição, a
calibração dos oscilógrafos é extremamente
importante, pois, através desta é que se atesta a
exatidão e precisão com que o instrumento realiza
suas medições, fornecendo a confiabilidade
necessária ao processo.
Com a implantação da ISO 9001:2008 nas
manutenções realizadas no Sistema Elétrico de
Potência - SEP, tornou-se necessária a calibração
periódica de todos os instrumentos utilizados
nessas manutenções, incluindo os oscilógrafos.
Este trabalho descreve o desenvolvimento,
confecção e ensaios de um instrumento para
calibração de oscilógrafos, suprindo uma lacuna
existente no mercado, pois o mesmo não
disponibiliza esse tipo de instrumento.
1
DESENVOLVIMENTO
Vários instrumentos já eram calibrados na
Empresa, mas ainda não havia um padrão
específico para os oscilógrafos. A solução imediata
foi a contratação externa deste serviço, porém,
depois de analisar os certificados emitidos pelos
laboratórios contratados, verificou-se alguns dados
importantes:
CONSIDERAÇÕES BÁSICAS
Os parâmetros de tempo de abertura e de
fechamento citados neste trabalho estão baseados
nas definições em [1]:
“3.7.133 - Tempo de abertura: o tempo de
abertura de um disjuntor é definido de acordo com
o método de abertura apresentado a seguir e com
qualquer dispositivo de tempo de retardo formando
uma parte integrante do disjuntor ajustado a sua
posição mínima:
a) para um disjuntor disparado por qualquer tipo de
energia auxiliar, o tempo de abertura é medido a
partir do instante de aplicação desta energia ao
disparador, estando o disjuntor na posição
fechada, até o instante da separação dos contatos
de arco em todos os pólos;
b) para um disjuntor disparado com acionamento
próprio, estando o disjuntor na posição fechada, o
tempo de abertura é medido a partir do instante em
que a corrente do circuito principal atinge o valor
de funcionamento do disparador de sobrecorrente,
até o instante da separação dos contatos de arco
em todos os pólos.”
“3.7.136 - Tempo de fechamento: Intervalo de
tempo entre a energização do circuito de
fechamento, estando o disjuntor na posição aberta,
e o instante em que os contatos se tocam em
todos os pólos.”
“3.7.141 - Tempo de religamento: Intervalo de
tempo entre o início do tempo de abertura e o
instante em que os contatos se tocam em todos os
pólos durante um ciclo de religamento.”

Os certificados apresentavam erros e
incertezas das medições, o que inviabilizava o
uso dos oscilógrafos, já que todos os
resultados obtidos atestavam que nossos
instrumentos estavam fora da classe de
exatidão;

Os pontos calibrados eram diferentes dos
valores habitualmente encontrados nas
oscilografagens de disjuntores quando em
manutenção, dificultando a análise dos erros e
necessitando de utilização de artifícios
matemáticos, como a extrapolação, para
encontrar os parâmetros adequados para
eventuais correções das leituras;

Todos os laboratórios terceirizados visitados
pela pelo laboratório de Metrologia, não
dispunham de um padrão para oscilógrafos
existente comercialmente no mercado;

Dificuldades no transporte e contratação dos
serviços
externos,
visto
que
cada
Departamento Regional tem seu cronograma
de manutenções, impossibilitando a formação
de um lote fechado para envio a terceiros; e

Geração de custos com calibração e
transporte externos, além do tempo de
indisponibilidade do instrumento ser maior por
se tratar de terceiros.
Diante desses fatos, iniciou-se uma análise para a
realização das calibrações de oscilógrafos
internamente, utilizando a estrutura existente no
Laboratório de Metrologia do Centro de
Manutenções Especiais de Bauru. A partir dai,
concluiu-se que, com os instrumentos de precisão
existentes no Laboratório e com um aparato
Os demais parâmetros estão baseados nos
documentos em [2] e [3].
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eletrônico fazendo a interface entre os
instrumentos e o oscilógrafo, seria possível realizar
as referidas calibrações.
Assim, inicio-se a pesquisa dos dados necessários
ao desenvolvimento do projeto, como por exemplo,
os parâmetros de tempo utilizados nas
oscilografagens, que são geralmente muito baixos.
Nos disjuntores Delle Alsthom tipo PK, por
exemplo, são da ordem de 20 a 23 ms para
abertura dos contatos principais, 30 a 37 ms para
fechamento dos contatos principais, 17 a 32 ms
para abertura em curto-circuito, 71 a 85 ms para
religamento (OCO – Open/Close/Open) e de até
4 ms para desacordo de pólos, que é quando uma
ou mais fases não operam conjuntamente com as
demais.
Fonte: Elaboração própria
Figura 1. Diagrama da primeira versão do calibrador
de oscilógrafos
Após os estes desta versão, observou-se que a
precisão e exatidão das medições realizadas pelo
conjunto eram superiores aos valores existentes
nos laudos fornecidos por terceiros, o que
incentivou o desenvolvimento de melhorias no
projeto, como medições e trigger por contato e a
possibilidade de realizar as medições também em
fechamento/abertura (CO - Close/Open).
Portanto, a medição dos tempos de disjuntores é
uma atividade minuciosa, cuja precisão é
imprescindível e requer a utilização de
instrumentos de medição precisos e confiáveis.
2.2 DESENVOLVIMENTO
HARDWARE
E
ENSAIO
DO
Durante essa segunda etapa, verificou-se que os
circuitos de trigger e de saída deveriam ficar
separados, pois nas simulações de CO e OC, era
necessário eliminar uma etapa de amplificação
para inverter o sinal em 180°. Com os circuitos
juntos, esta manobra invertia também o trigger,
fazendo com que o circuito de medição partisse
sem ser disparado.
Com base nos dados coletados no estudo inicial,
partiu-se para o desenvolvimento do hardware.
Primeiramente, definiram-se quais os instrumentos
que seriam mais adequados para essa atividade,
utilizando-se, então, um Sintetizador/Gerador de
Funções, marca HP, modelo 3325A e um Contador
Universal, marca HP, modelo 5335A.
Esse problema foi resolvido projetando dois
circuitos idênticos, um para o trigger e outro para a
saída, porém recebendo o mesmo pulso da
entrada, conforme ilustra a figura 2.
O Gerador/Sintetizador possui uma saída TTL
(5 Vdc), fornecendo um sinal de onda quadrada e
com estampa de tempo variável de 10 ms a
99,99 s, com uma exatidão de 5 ppm (0,0005%) da
leitura de tempo.
O contador universal possui duas entradas de
frequência/tempo, com exatidão de 0,005% da
leitura e uma precisão de 0,001 ms.
O próximo passo foi o desenvolvimento do circuito
que faria a interface entre o gerador de funções, o
contador universal e os oscilógrafos. Após alguns
cálculos e definições, estava pronto o circuito da
primeira versão, que contemplava as medições e o
trigger por tensão, possibilitando a simulação de
abertura/fechamento (OC – Open/Close), conforme
ilustra a figura 1.
Fonte: Elaboração própria
Figura 2. Diagrama da última versão do calibrador
de oscilógrafos
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JORNADAS TÉCNICAS ISA - 2012
O circuito funciona da seguinte forma:

O sinal do gerador é recebido através de um
acoplador ótico, onde é isolado eletricamente
para entrar no circuito e sua fase é invertida
em 180°;

Após passar por uma etapa pré-amplificadora,
o sinal retorna em sua fase natural; e

Saindo do pré-amplificador, o sinal é dividido
para entrar nos circuitos das saídas e dos
triggers, onde passa por mais duas etapas de
amplificação e é disponibilizado como saída ou
trigger, por tensão ou por contato.
O circuito montado desta forma possui as saídas e
os triggers em nível baixo (0 V), passando para o
nível alto (24 V) durante o tempo pré-definido pelo
gerador e retornando ao estado inicial. Isso gera
uma simulação de abertura/fechamento (OC).
Fonte: Elaboração própria
Figura 4. Montagem e acondicionamento da fonte,
bornes, chaves, placa eletrônica e fiação
Para simular um fechamento/abertura (CO),
inverte-se a fase do sinal em 180°, eliminando uma
etapa de amplificação do circuito das saídas. Esta
operação é realizada através da comutação da
chave OC – CO, que abre o circuito do emissor e
conecta a base ao coletor do transistor, tornando-o
inoperante.
Após todas as alterações e testes, iniciou-se a
montagem da última versão do circuito,
confeccionando a placa de circuito impresso, caixa
para acondicionar circuito e fonte, além de
máscara para identificação das funcionalidades.
Fonte: Elaboração própria
Figura 5. Calibrador de oscilógrafos pronto
As figuras 3, 4 e 5 ilustram as etapas da confecção
e testes da última versão do calibrador de
oscilógrafos para disjuntores.
Após a conclusão do calibrador, iniciou-se uma
nova bateria de testes, simulando uma calibração
real de um oscilógrafo, conforme ilustra a figura 6.
Fonte: Elaboração própria
Fonte: Elaboração própria
Figura 6. Simulação de calibração com o calibrador
de oscilógrafos
Figura 3. Placa de circuito impresso montada
4
JORNADAS TÉCNICAS ISA - 2012
Nesta calibração pode-se constatar que a exatidão
e precisão das leituras fornecidas pelo conjunto
calibrador de oscilógrafos eram bem maiores do
que as encontradas nos certificados de terceiros. A
tabela 1 demonstra claramente essa diferença.
Pontos
calibrados
Erro Máximo
CTEEP
Erro Máximo
Terceiros
50 ms
± 0,1 ms
± 20 ms
1000 ms
± 0,1 ms
± 69 ms
2000 ms
± 0,1 ms
± 36 ms
realizadas nos disjuntores em manutenção;

Diminuição do tempo de indisponibilidade do
instrumento, facilitando o agendamento da
calibração.
A soma de todos esses benefícios garante a
realização de calibrações e medições com
altíssima qualidade, trazendo maior confiabilidade
nas manutenções realizadas no SEP e
consequente economia de recursos para a
Empresa, bem como, veio agregar ainda mais
valor aos serviços prestados pelo Laboratório de
Metrologia aos Departamentos Regionais da
CTEEP. Consequentemente, os Departamentos
Regionais poderão realizar ensaios em disjuntores
com maior precisão e confiabilidade, de acordo
com os preceitos da ISO 9001:2008.
Fonte: Elaboração Própria
Tabela 1. Amostra comparativa de alguns erros de
calibração – CTEEP x Terceiros
4
[1] Associação Brasileira de Normas Técnicas –
ABNT.
NBR
IEC
62271-100:2006
Equipamentos de alta-tensão - Parte 100:
Disjuntores de alta-tensão de corrente
alternada. Rio de Janeiro: ABNT; 2007.
Ressalta-se, porém, que os valores de calibração
apresentados nos certificados de Terceiros
inviabilizam o uso de todos os oscilógrafos da
CTEEP, pois os mesmos estariam fora da sua
classe de exatidão, que para os modelos
existentes na Empresa, é de ± 0,1 ms.
[2] Companhia de Transmissão de Energia
Elétrica Paulista - CTEEP. GUIA DE
MANUTENÇÃO - 15 ANOS DISJUNTOR 460
kV Delle Alsthom PK 4/6 A,B,C E D. São
Paulo: CTEEP; 2007.
Desse modo, o desenvolvimento do calibrador de
oscilógrafos vem garantir e certificar que os
oscilógrafos da Empresa estão aptos para serem
utilizados nas medições de tempos de disjuntores,
dando a confiabilidade necessária ao processo.
3
[3] Companhia de Transmissão de Energia
Elétrica Paulista - CTEEP. PRO.3.OM.02.01 Manutenção do Sistema de Transmissão de
Potência- 014. São Paulo: CTEEP; 2011.
CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES
O desenvolvimento do calibrador de oscilógrafos
trouxe vários benefícios à Empresa, dentre os
quais pode-se citar:

Diminuição dos custos com contratação de
calibrações externas e o respectivo transporte
à terceiros;

Maior confiabilidade do certificado de
calibração, pois os erros e incertezas de
medição
estão
abaixo
dos
valores
estabelecidos
pelos
fabricantes
dos
equipamentos (oscilógrafos);

Maior facilidade na interpretação do certificado
de calibração, pois o mesmo foi desenvolvido
baseado nos parâmetros reais de tempo
utilizados nas medições em campo;

Maior confiabilidade nas medições de tempo
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.
Flávio Augusto Mereu Pioto
Técnico Eletrônico
Escola Técnica Liceu Noroeste - 1997
Bauru, São Paulo, Brasil
Posição Atual: Técnico Pleno de Desenvolvimento,
Divisão de Gestão da Manutenção,
Centro de Manutenções Especiais.
CTEEP-Brasil
Ricardo Camilo Zampieri
Técnico Eletrônico
Colégio Técnico Industrial Prof. Isaac Portal Roldan
Bauru, São Paulo, Brasil
Posição Atual: Técnico Sênior de Desenvolvimento,
Divisão de Gestão da Manutenção,
Centro de Manutenções Especiais.
CTEEP-Brasil
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