Fugas em capacitores, isolamentos de fios e cabos, conectores e muitos outros dispositivos afetam o funcionamento de diversos tipos de equipamentos tanto de uso comum como de uso industriais. Por outro lado, fugas em isolamentos de aparelhos ligados à rede de energia podem se tornar perigosas, causando choques nos operadores ou usuários. Para detectar estas fugas descrevemos a montagem de um aparelho simples que pode ser uma alternativa de grande utilidade para os leitores que trabalhem em manutenção, instalação e reparação de aparelhos eletrônicos e elétricos tanto de uso comum como industrial.
Um isolamento bom deve significar uma resistência de pelo menos uns 5 000 000 Ω numa aplicação normal.
Esta é a resistência m¡nima que toleramos, por exemplo entre as armaduras de um capacitor que não seja eletrolítico até aproximadamente 1 µF, ou entre dois fios condutores de um cabo de sinais ou de força, ou ainda entre os polos de um interruptor, contatos de relê ou chave de controle que esteja aberto.
É claro que existem aplicações menos críticas em que a umidade pode estar presente numa condição mais constante e que resistências menores podem ser toleradas.
Somente com resistências inferiores a 200 000 Ω, na rede de 110V e 220V é que um contacto com uma pessoa pode causar uma sensasão de choque, conforme mostra a figura 1.
Isso ocorre, por exemplo, no caso de um ferro de passar roupas (que normalmente acumula umidade, principalmente os tipos à vapor) e que a carcaça pode apresentar um leve contacto com a alimentação, caracterizando uma fuga de isolamento, conforme mostra a figura 2.
Se esta fuga representar uma resistência menor que os valores citados, um toque acidental no ferro pode, além da queimadura se ele estiver quente, causar um choque muito perigoso nas condições em que esse eletrodoméstico é usado.
O mesmo é válido para máquinas industriais de todos os tipos que podem operar em condições de umidade ou em que fugas possam ocorrer e que a segurança do operador deve ser levada em conta.
Assim, será bastante interessante que o profissional de manutenção, reparação e instalação de equipamentos elétricos e eletrônicos sujeito a este tipo de problemas possua um detector de fugas de isolamento que dê um sinal quando a resistência apresentada nesta fuga atingir determinados valores.
O circuito que descrevemos tem duas faixas de detecção: uma em que somente se o isolamento representar uma resistência inferior a 200 kΩ ocorre o sinal de aviso e outra em que isso vai ocorre para resistências somente abaixo de 10 MΩ aproximadamente.
O aparelho é compacto a ponto de caber facilmente no bolso ou na maleta de serviço do profissional e de baixo custo, pois usa componentes absolutamente comuns.
Sua montagem também é muito simples, já que os componentes não são críticos e não existem ajustes.
COMO FUNCIONA
Usamos no projeto um sensível circuito integrado CMOS do tipo 4093B que tem quatro portas que podem ser ligadas de diversas formas.
Assim, a primeira porta é ligada como um inversor.
Esta porta mantém sua saída no nível baixo (pino 3 com zero volt) quando a tensão nos pinos 1 e 2 está com um valor que seja aproximadamente 2/3 da tensão de alimentação.
Se esta tensão cair para um valor inferior a 1/3 da tensão de alimentação (aproximadamente) o inversor muda de estado e com isso sua saída se torna positiva.
Assim, ligando na entrada um divisor formado por R1 e o circuito que está sendo testado, a saída do inversor será positiva se a resistˆncia do aparelho testado for inferior a metade do resistor e será nula se a resistência for superior a este valor.
A saída do inversor controla dois outros circuitos formados pelas portas restantes do circuito integrado 4093.
O primeiro é um oscilador lento que se mantém inibido quando a saída do inversor está no nível baixo e que entra em funcionamento quando ela vai ao nível alto.
Em funcionamento este oscilador combina seu sinal com o inversor nas ultimas duas portas que formam um buffer-driver que aciona um LED.
Assim, se a resistência de fuga do circuito em prova for alta, nada acontece e o LED não acende, mas se ela for baixa, o oscilador entra em funcionamento e o LED passa a piscar.
A chave S1 muda o resistor do divisor, de modo a se obter a comutação do circuito com uma resistência mais baixa. Nesta posição o circuito também opera como um excelente provador de continuidade.
Prova de Continuidade
A prova de continuidade é util em qualquer trabalho de manutenção elétrica e eletrônica pois permite saber se um componente ou equipamento está ou não em boas condições. Interruptores, cabos, chaves, motores, elementos de aquecimento, fusíveis, etc podem ser testados com um provador de continuidade.
MONTAGEM
Na figura 3 temos o diagrama completo do provador.
A disposição dos componentes numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 4.
Sugerimos que o circuito integrado seja montado num soquete DIL. O LED pode ser de qualquer cor e os resistores são de 1/8W ou maiores. C1 é um capacitor de poliéster ou cerâmico e as pontas de prova são vermelha e preta comuns.
Para a alimentação tanto podem ser usadas 4 pilhas pequenas como bateria de 9V, observando-se sempre sua polaridade na ligação.
S1 e S2 são interruptores simples de qualquer tipo.
O aparelho cabe facilmente numa caixinha do tamanho de um maço de cigarros ou saboneteira.
Na verdade, as saboneteiras de plástico de baixo custo que existem nos supermercados consistem numa excelente sugestão de caixa para esta montagem.
Fugas e Consumo de Energia
Nesta época de racionamento de energia a preocupação com equipamentos de todos os tipos que possam estar consumindo mais energia do que deviam é grande. Em muitos casos um consumo elevado pode estar sendo causado por problemas de fugas. Fugas para a carcaça de um equipamento desviando energia para a terra ou ainda fugas para um conduit metálico são alguns dos problemas que podem ocorrer. A possibilidade de se verificar estas fugas é muito importante neste caso.
PROVA E USO
Para provar, basta encostar uma ponta de prova na outra, ou na posição de maior sensibilidade (com S1 aberta) segurar as pontas de prova.
O LED deve piscar. A frequência das piscadas depende basicamente de R2 que pode ser alterado na faixa de 470 k Ω a 4,7 M Ω.
O capacitor C1 tamb‚m pode ficar entre 100 nF e 470 nF, com o que se obtém uma alteração da frequência das piscadas.
Para usar, as provas devem ser sempre feitas com o aparelho em prova desligado.
Na figura 5 mostramos o modo de se fazer o teste de isolamento entre a carcaça e cabo de alimentação de um motor elétrico de uma máquina industrial.
Este teste deve ser feito com S1 fechado, ou seja, na posição de menor sensibilidade. Este mesmo teste serve para testar o isolamento de transformadores e de outros equipamentos elétricos e eletrônicos.
Para o teste de pequenos capacitores, use a maior sensibilidade (S1 aberta).
Quando tocar no capacitor com as pontas de prova, o LED pode dar uma leve piscada que significa a carga do capacitor, mas em seguida deve permanecer apagado.
Se o LED piscar continuamente depois disso ou o capacitor está em curto ou apresenta fugas.
Para os capacitores eletrolíticos, dependendo do valor, podem ser toleradas fugas algo elevadas.
Assim, para capacitores maiores que 100 µF o teste de fuga com este aparelho não é significativo.
Observação: a sensibilidade pode ser aumentada detetando-se resistências de fugas ainda mais altas quie 10 MΩ utilizando-se para R1 um resistor de 47 Megaohms.
Um resistor deste valor pode ser obtido pela ligação em série de 2 resistores de 22 M Ω ou 4 de 10 M Ω.
Semicondutores:
CI-1 - 4093B - circuito integrado CMOS
LED - LED vermelho comum
Resistores: (1/8 W, 5%)
R1 - 22 M Ω
R2 - 2,2 M Ω
R3 - 1,5 k Ω
R4 - 470 k Ω
Capacitores:
C1 - 470 nF - cerâmico ou poliéster
Diversos:
B1 - 6 ou 9 V - 4 pilhas ou bateria
S1, S2 - Interruptores simples
PP1, PP2 - Pontas de prova
Placa de circuito impresso, soquete para o circuito integrado, suporte de pilhas ou conector de bateria, caixa para montagem, fios, solda, etc.
