Questões de Medidas Elétricas e Instrumentação para Concurso

📌 DADOS & CONTEXTO

• Metrologia Elétrica: Princípios Físicos de Funcionamento de Instrumentos de Medição de Parâmetros e Grandezas Elétricas.

⚙️ MÉTODO & ANÁLISE DOS INSTRUMENTOS

1. Medição de Resistência Elétrica (Ohmímetro):
   • Não existe sensor físico que meça a oposição ôhmica diretamente como grandeza fundamental do SI;
   • O ohmímetro (seja analógico ou digital) aplica internamente uma tensão contínua conhecida $V$ e mede a corrente resultante $I$, ou injeta uma corrente constante $I$ e mede a queda de tensão $V$, calculando a resistência de forma indireta pela Lei de Ohm ($R = V / I$);
   • Pontes de medição (Wheatstone, Kelvin) também medem indiretamente pelo equilíbrio de tensão em ramos;
2. Incorreção dos Distratores:
   • (A) $V \times I$ mede potência aparente ($S$); para potência ativa ($P = V I \cos\phi$) exige-se wattímetro que meça o ângulo de fase;
   • (C) Ponte de Wheatstone é destinada à medição de resistências elétricas, e não de tensões;
   • (D) Alicate amperímetro mede indiretamente através do campo magnético induzido e transformador de corrente / sensor Hall;
   • (E) Voltímetro mede a diferença de potencial entre dois pontos distintos, e não em um ponto isolado.

🎯 CONCLUSÃO & JUSTIFICATIVA DO GABARITO

A medição de resistência é sempre obtida de forma indireta através da relação tensão-corrente (Gabarito Oficial: B).

Fundamentação Normativa dos Transformadores de Potencial (TP)

Os Transformadores de Potencial (TP) são transformadores de medição projetados para reproduzir no secundário, com precisão de módulo e fase, uma réplica proporcional da alta ou média tensão primária.

Valores Nominais Padronizados

De acordo com a norma brasileira ABNT NBR 6855 (Transformadores de Potencial) e a prática de concessionárias brasileiras (alinhada à norma ANSI/IEEE C57.13):

• A tensão nominal de linha secundária padronizada é de 115 V (para TPs conectados entre fases);
• Para TPs conectados entre fase e terra, a tensão secundária nominal é de $115/\sqrt{3} \approx 66{,}4\text{ V}$;
• No padrão europeu/IEC 61869-3, utilizam-se também os valores de 100 V e 110 V.

Conclusão e Justificativa do Gabarito Oficial (A)

Dentre as opções apresentadas, o valor normatizado padrão para o secundário de TPs de medição e proteção em sistemas industriais e de potência é de 115 V.

📌 DADOS & CONTEXTO

• Instrumentação e Ensaios em Meios Isolantes e Equipamentos Elétricos de Alta Tensão;
• Ensaio de Tensão Suportável / Rigidez Dielétrica (Dielectric Voltage-Withstand Test).

⚙️ MÉTODO & INSTRUMENTAÇÃO ESPECÍFICA

1. Caracterização do HIPOT (High Potential Tester):
   • O HIPOT é o instrumento gerador de alta tensão (CA ou CC, tipicamente de centenas de volts a dezenas de quilovolts) projetado para submeter a isolação elétrica de cabos, enrolamentos de motores, transformadores e painéis a um estresse dielétrico controlado;
   • Mede com precisão a corrente de fuga que atravessa o isolamento para verificar se a rigidez dielétrica está íntegra ou se ocorre disrupção (arco/fissura);
2. Diferenciação dos Demais Aparelhos:
   • Megômetro / Megger: Aplica tensão contínua (500 V a 5 kV) para medir a Resistência de Isolação em megaohms ou gigaohms ($R = V/I$), mas não é o teste de tensão aplicada de alta capacidade suportável;
   • Microhmímetro: Mede resistências de contato ultrabaixas (micro-ohms) em disjuntores e conexões barramentos;
   • Alicate amperímetro: Mede correntes de carga por acoplamento magnético sem interromper o circuito.

🎯 CONCLUSÃO & JUSTIFICATIVA DO GABARITO

O equipamento projetado para testes de tensão aplicada e medição de corrente de fuga dielétrica é o HIPOT (Gabarito Oficial: B).

📌 DADOS & CONTEXTO

• Dimensionamento de transformadores de corrente ($\text{TC}$) para alimentação de relés secundários de proteção de média tensão:
  • Corrente máxima permanente de carga: $I_{carga} = 35\text{ A}$;
  • Corrente máxima de curto-circuito simétrica da barra: $I_{cc} = 1.300\text{ A}$;
  • Secundário padronizado: $5\text{ A}$.

⚙️ MÉTODO & CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO NORMATIVO DE TCS DE PROTEÇÃO

1. Critério Térmico de Carga Permanente:
   • A corrente primária nominal $I_{pn}$ deve ser superior à corrente contínua máxima de carga:

$$I_{pn} \ge I_{carga} = 35\text{ A}$$

1. Critério de Limite de Saturação para Curto-Circuito:
   • Conforme as normas ABNT NBR e IEC para TCs de proteção da classe standard (como a classe $10\text{P}20$ ou exatidão com fator limite de exatidão $FS = 20$), o núcleo magnético do TC suporta até $20$ vezes a corrente nominal primária sem entrar em saturação severa;
   • Para garantir a correta atuação temporizada e instantânea do relé na falta máxima de $1.300\text{ A}$:

$$20 \cdot I_{pn} \ge I_{cc} = 1.300\text{ A} \implies I_{pn} \ge \frac{1.300}{20} = 65\text{ A}$$

1. Seleção da Relação Comercial Mínima:
   • Dentre os valores comerciais padronizados da série de TCs ($20, 40, 50, 75, 100, 150\text{ A}$), a primeira relação nominal que satisfaz concomitantemente $I_{pn} \ge 35\text{ A}$ e $I_{pn} \ge 65\text{ A}$ é a relação 75 : 5.

🎯 CONCLUSÃO

Os transformadores de corrente devem ter uma relação de transformação de, no mínimo, 75 : 5, confirmando a Alternativa D.

📌 DADOS & CONTEXTO

• Metrologia elétrica em circuitos de corrente alternada senoidal;
• Instrumentos: Voltímetro (mede a tensão eficaz $V_{\text{rms}}$) e Amperímetro (mede a corrente eficaz $I_{\text{rms}}$);
• Carga: impedância complexa com componente indutiva ($\mathbf{Z} = R + jX_L$).

⚙️ MÉTODO & DEFINIÇÕES DO TRIÂNGULO DE POTÊNCIAS

1. Produto Direto de Tensão Eficaz por Corrente Eficaz:
   • O produto escalar direto das leituras de instrumentos convencionais eficazes (voltímetro e amperímetro) define formalmente a Potência Aparente ($S$):

$$S = V_{\text{rms}} \cdot I_{\text{rms}} \quad [\text{VA - Volt-Ampère}]$$

1. Diferenciação das Demais Grandezas de Potência:
   • Potência Ativa / Útil / Dissipada ($P$): Medida exclusivamente por wattímetro, considera a defasagem angular entre tensão e corrente:

$$P = V_{\text{rms}} \cdot I_{\text{rms}} \cdot \cos\phi \quad [\text{W - Watt}]$$

• Potência Reativa ($Q$): Medida por varímetro, representa a troca oscilatória de energia entre campos reativos e a fonte:

$$Q = V_{\text{rms}} \cdot I_{\text{rms}} \cdot \sin\phi \quad [\text{var - Volt-Ampère Reativo}]$$

1. Conclusão:
   • Como nem o voltímetro nem o amperímetro medem o ângulo de fase $\phi$, o produto de suas leituras fornece exclusivamente a magnitude total aparente $S$.

🎯 CONCLUSÃO & JUSTIFICATIVA DO GABARITO

O produto direto entre a tensão medida pelo voltímetro e a corrente medida pelo amperímetro fornece a potência aparente (Gabarito Oficial: C).