Fugas em capacitores, isolamentos de fios e cabos, conectores e em muitos outros dispositivos afetam o funcionamento de diversos tipos de equipamentos, tanto de uso comum quanto de uso industrial. Por outro lado, fugas em isolamento de aparelhos ligados à rede de energia podem tornar-se perigosas, causando choques nos operadores. Para detectá-las descrevemos a montagem de um aparelho simples que pode ser uma alternativa de grande utilidade para os leitores que trabalhem em manutenção, instalação ou reparação de aparelhos eletrônicos e elétricos de uso doméstico ou industrial.
Nota: Artigo publicado na revista Eletrônica Total 159 de 2014
Um isolamento bom deve significar uma resistência de pelo menos uns 5.000.000 ohms em uma aplicação normal. Esta é a resistência mínima que toleramos, por exemplo, entre ás armaduras e um capacitor (que não seja eletrolítico) de até aproximadamente 1 µF, ou entre dois fios condutores de um cabo de sinal ou força, ou ainda entre os poios de um interruptor, os contatos de um relé ou chave de controle que esteja aberta.
É claro que existem aplicações menos críticas onde a umidade pode estar presente em uma condição mais constante, e resistências menores podem ser toleradas. Somente com resistências inferiores a 100.000 ohms, nas redes de 110 V e 220 V, é que um contato com uma pessoa pode causar uma sensação 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 a vapor) em que a carcaça pode apresentar um leve contato com a alimentação, caracterizando uma fuga de isolamento, veja a figura 2.
Se essa fuga representar uma resistência menor que os valores citados, um toque acidental no ferro de passar pode, além de queimaduras, 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 possam operar em condições de umidade, ou em que fugas possam ocorrer, e onde a segurança do operador deve ser levada em conta.
Dessa maneira, será bastante interessante que o profissional de manutenção, reparação ou instalação de equipamentos elétricos e eletrônicos, sujeito a esse tipo de problemas, possua um detector de fugas de isolamento que dê um sinal quando a resistência apresentada nessa 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 k ohms ocorrerá o sinal de aviso, e outra em que isso acontecerá somente para resistências abaixo de 10 M ohms aproximadamente.
O aparelho é compacto a ponto de caber facilmente no bolso ou na maleta de serviço do profissional e é de baixo custo, pois usa componentes absolutamente comuns. Sua montagem também é muito simples, uma vez 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 portas que podem ser ligadas de diversas formas.
Assim a primeira delas 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 corresponde aproximadamente a 2/3 da tensão de alimentação. Se essa tensão cair para um valor inferior a 1/3 da tensão de alimentação (aproximadamente, o inversor mudará de estado e, com isso, sua saída se tornará positiva.
Desse modo, ligando na entrada um divisor formado por R1 e o circuito que está sendo testado, a saída do inversor será positiva se a resistência do aparelho testado for inferior à metade do resistor, ou será nula se a resistência for superior a esse 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, entrando em funcionamento quando ela vai ao nível alto.
Em funcionamento, este oscilador combina seu sinal com o inversor nas últimas duas portas que formam um buffer-driver que aciona um LED. Assim, se a resistência de fuga do circuito em prova for alta, nada acontecerá e o LED não acenderá, mas se ela for baia, o oscilador entrará em funcionamento e o LED passará a piscar. A chave S1 muda o resistor do divisor, de modo a se obter a comutação do circuito com uma resistência mais baixa. Nessa posição, o circuito também opera como um excelente provador de continuidade.
Montagem
Na figura 3 temos o diagrama completo do provador. A disposição dos componentes em uma placa de circuito impresso é exibida na figura 4. Sugerimos que o circuito integrado seja montado em um soquete DIL. O LED pode ser de qualquer cor, e os resistores são de 1/8 W 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 quanto uma bateria de 9 V, observando-se sempre sua polaridade na ligação. S1 e S2 são interruptores simples de qualquer tipo.
O aparelho cabe facilmente em uma caixinha do tamanho de um maço de cigarros ou saboneteira. Na verdade, as saboneteiras de plástico de baixo custo que existem nos supermercados constituem uma excelente sugestão de caixa para esta montagem.
Prova e uso
Para provar, basta encostar uma ponta de prova na outra, ou na posição de maior sensibilidade (com S1 aberta) e segurar as pontas de prova. O LED deverá piscar. A frequência das piscadas depende basicamente de R2, que pode ser alterado na faia de 470 k ohms a 4,7 M ohms.
Para usar, as provas devem ser sempre feitas com o aparelho em teste 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. Esse teste deve ser feito com S1 fechado, ou seja, na posição de menor sensibilidade. Ele também 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 aberto). LED poderá dar uma leve picada que significa a carga do capacitor está curto ou apresenta fugas. Para os capacitores eletrolíticos, dependendo do valor, podem ser toleradas fugas algo elevadas. Assim, para aqueles maiores que 100 µF o teste de fuga com este aparelho não é significativo.
A sensibilidade pode ser aumentada detectando-se resistências de fugas ainda mais altas que 10 M ohms, utilizando-se para R1, um resistor de 47 mega ohms. Um resistor deste valor pode ser obtido pela ligação em série de dois resistores de 22 M ohms, ou quatro de 10 M ohms.
Fugas e consumo de energia
Nesta época de racionamento de energia, a preocupação com equipamentos de qualquer tipo que possam estar consumindo mais energia do que devem é grande. Em muitos casos um consumo elevado pode estar sendo causado pela ocorrência de fugas.
Ele também serve para testar o isolamento de transformadores e de outros equipamentos elétricos e eletrônicos. Fugas e consumo de energia. Fugas para a carcaça de um equipamento desviando energia para a terra, ou ainda fugas para um conduíte metálico, são alguns dos problemas que podem ocorrer. A possibilidade de se verificar essas fugas é muito importante nesses casos.
