Teste de resistências paralelas

Autor: Jeff Jowett, Engenheiro de Aplicações

Os verdadeiros ohmímetros de baixa resistência são caracterizados principalmente pelo uso de altas correntes de teste e pela capacidade de medir com precisão valores muito baixos de resistência. Por outro lado, os testadores portáteis comuns, como multímetros, DMMs e similares, operam com baterias integradas, geralmente de tamanho AA e, portanto, não se pode esperar que forneçam muita corrente. Dessa forma, eles normalmente usam correntes de teste na faixa de miliamperes. Isso limita sua precisão e resolução quando usados para medições de baixa resistência. Um DMM muito bom pode medir com uma resolução de 0,01 Ω, o que é bom para muitas aplicações cotidianas. No entanto, há muitos testes abaixo desse nível e, para isso, é necessário um ohmímetro de baixa resistência genuíno.

Nesse contexto, “baixa resistência” é geralmente considerada como significando abaixo de 1 Ω e, nessa faixa, você precisa de amperes (não miliamperes) para fazer medições boas e confiáveis. O padrão do setor é 10 A, mas há testadores disponíveis que usam correntes de um ou dois amperes até centenas de amperes. Os testadores de corrente muito alta são usados com mais frequência no setor de energia para medir a resistência de contato de disjuntores e relés, mas também têm outras aplicações especializadas.

Os ohmímetros de baixa resistência, ao contrário dos DMMs e instrumentos similares de uso geral, usam um projeto baseado em uma ponte Kelvin de quatro terminais. Duas conexões de corrente injetam uma grande corrente de teste no item sob teste (IUT), enquanto duas conexões de potencial, posicionadas entre as conexões de corrente, medem a queda de tensão entre as conexões de potencial. O operador então usa a corrente e a tensão medidas para calcular e exibir a resistência.

Uma vantagem importante dessa configuração de teste é que ela elimina os efeitos da resistência do cabo e do contato. Esses dois parâmetros estranhos influenciam a corrente que flui no IUT, mas a resistência é calculada medindo-se a tensão entre os cabos de potencial, que não é afetada pela resistência do cabo e do contato.

Obviamente, essa vantagem não é compartilhada por instrumentos genéricos, como DMMs, que usam uma conexão de dois fios. É claro que as medições feitas com esses instrumentos são influenciadas pela resistência dos cabos de teste e pela resistência entre as pontas das sondas de teste e o IUT, mas nas aplicações em que eles são normalmente usados, isso não é uma grande preocupação. No entanto, em aplicações em que a precisão máxima é necessária, a influência da resistência do cabo e do contato não pode ser tolerada. Nesses casos, é essencial usar a ponte Kelvin de quatro fios.

Um ohmímetro de baixa resistência com um design de ponte Kelvin de quatro fios é tudo o que é necessário para fazer uma medição isolada entre dois pontos discretos. Os exemplos incluem trabalho de laboratório e medições feitas em juntas e conexões eletricamente isoladas em equipamentos elétricos. Mas, em muitos casos, há caminhos paralelos alternativos para a corrente de teste. Isso pode se aplicar até mesmo a um simples objeto de teste metálico em uma bancada de laboratório, como veremos mais adiante. Portanto, a primeira ordem do dia na realização de um teste de baixa resistência é “conhecer o seu objeto de teste”.

Costuma-se dizer, erroneamente, que a corrente segue o caminho de menor resistência. Essa afirmação pode ser um tanto enganosa se for aplicada a testes de baixa resistência, portanto, vamos examiná-la mais detalhadamente. De fato, a corrente segue todos os caminhos possíveis e se divide em proporção estrita à sua resistência. Isso tem um impacto crítico nas medições que você realiza com o seu dispositivo de teste, pois o dispositivo mede toda a corrente e, em seguida, usa a Lei de Ohm (R = V/I) para calcular a resistência.

Figura 1: Sem caminhos paralelos, a resistência total do objeto de teste é evidente.

Se você conectar um ohmímetro digital de baixa resistência (DLRO) nas extremidades de uma seção isolada do fio, a corrente fluirá entre os dois pontos de teste e em nenhum outro lugar (consulte a Figura 1). Você teria uma leitura precisa da resistência dessa seção do fio (que, a propósito, deve estar de acordo com a resistência tabular para esse calibre). Mas se o fio fizer parte de uma instalação (desenergizada, é claro), você terá que levar em consideração todo o circuito e para onde mais a corrente vai. Se a corrente de teste fluir por um ou mais caminhos além do próprio fio, esses caminhos paralelos influenciarão a medição que você está fazendo.

Caminhos paralelos podem existir quando um teste de laboratório é realizado em um objeto metálico, por exemplo, ou, se você estiver testando o IUT in situ, eles podem resultar de seus circuitos associados. Portanto, não aplique aleatoriamente os cabos em uma determinada junta ou emenda que possa ser de interesse sem considerar todo o IUT.

Dois pontos podem ter sido soldados e depois conectados em uma estrutura ou aparelho maior. Se qualquer um desses pontos de conexão for um contato de metal com metal, pode haver um caminho alternativo de corrente que influenciará a medição (consulte a Figura 2). Isso não significa que você não possa fazer o teste, nem significa necessariamente que tenha de interromper todas as outras conexões. O que isso significa é que você precisa levar em consideração todos os caminhos de corrente alternativos conhecidos e possíveis ao interpretar os resultados do teste.

Se um caminho alternativo estiver presente, a medição da resistência será menor que a resistência real da junta ou emenda. E daí? Pode ser que não seja necessária uma medição perfeita. No entanto, um método que o deixará muito mais próximo do resultado real é usar cabos de corrente e de potencial separados e conectar os cabos de potencial o mais próximo possível da ligação que está sendo medida. Isso ajudará a reduzir a influência desses caminhos alternativos de corrente em sua medição (consulte a Figura 3).

Figura 2: Caminhos de corrente paralelos podem produzir resultados inesperados e imprecisos.

Figura 3: O estreitamento do caminho de medição por meio de cabos de teste individuais reduz as imprecisões ao mínimo.

Figura 4: A corrente de teste não uniforme introduz um pequeno erro na medição.

Os populares cabos “duplex”, em que os contatos de corrente e potencial encontram-se em uma única sonda, são mais fáceis de usar porque exigem menos manipulação física ao redor do IUT. Entretanto, a desvantagem é que há uma pequena perda de precisão porque a densidade da corrente não é uniforme no ponto exato em que a sonda de potencial está fazendo a medição. Para obter o máximo de precisão, a densidade de corrente deve ser uniforme. Mas ela deve primeiro se espalhar pelo IUT a partir do ponto em que é injetada e, com cabos duplex, a sonda de potencial fica muito próxima para que isso aconteça (veja a Figura 4). A solução é usar cabos separados.

Uma solução ainda melhor é usar o ohmímetro de baixa resistência Megger DLRO100 com seu alicate de corrente. O alicate de corrente foi desenvolvido principalmente para aumentar a segurança do operador quando as concessionárias estão testando disjuntores, mas funciona bem em qualquer aplicação em que seja necessário remover a influência de caminhos de corrente paralelos na medição da resistência. Quando o alicate é usado com disjuntores, eles podem ser aterrados em ambos os lados durante o teste, o que ajuda a garantir que o operador esteja seguro, mesmo que ocorra uma falha na linha enquanto o teste estiver sendo realizado. O alicate elimina o efeito do caminho de aterramento paralelo na medição da resistência (consulte a Figura 5).

Figura 5: A configuração de teste Dual-Ground® permite o aterramento seguro sem distorcer a medição.

Por fim, ao realizar um teste de baixa resistência na presença de caminhos de corrente paralelos, é essencial considerar se você precisa de um resultado absoluto ou se um resultado relativo será suficiente. Se precisar medir com precisão a resistência absoluta no IUT, os caminhos de corrente paralelos deverão ser removidos. Isso pode ocorrer em uma aplicação de pesquisa e desenvolvimento, em que a resistência real do IUT precisa ser estabelecida ou, como no caso do teste de disjuntores, em que muito está em jogo. Para muitas aplicações, no entanto, uma medição comparativa razoavelmente precisa é tudo o que é necessário para informar ao operador se uma conexão está solta, se a solda está ruim, se uma ligação está corroendo ou se ocorreu um dos muitos outros problemas que podem ser facilmente detectados por um olho treinado. O julgamento do operador é fundamental aqui.

Em resumo: Não aja sem preparação; considere seu item de teste e seus objetivos. Se não houver caminhos paralelos na corrente, você pode prosseguir com confiança. Se houver caminhos paralelos, ajuste seus procedimentos e expectativas de acordo.