SEMIN

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Universidade Federal do Paraná Setor de
Tecnologia Departamento de Engenharia
Elétrica Medidas Elétricas

• SEMINÁRIO
• TRANSDUTOR ÓPTICO DE TENSÃO

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- TRANSDUTOR - TRANSDUTOR ÓPTICO DE TENSÃO -
ESQUEMA FUNCIONAMENTO - APLICAÇÃO/RELAÇÃO COM
FORMA DE MEDIÇÃO ATUAL EM ALTAS TENSÕES
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O QUE É TRANSDUTOR

Todo dispositivo ou equipamento que transforma
uma forma de energia em outra forma de energia,
correlata com a grandeza de entrada. Ou ainda, em
instrumentação elétrica, todo dispositivo ou
equipamento que converte qualquer grandeza física
não elétrica num sinal elétrico.
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EXEMPLOS DE TRANSDUTORES

• Transdutor resistivo (potenciômetro)
• Transdutor de medida temperatura(termopares)
• Transdutor de medida deslocamento
• Transdutor piezo-elétrico

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CLASSIFICAÇÃO
Em relação ao tipo de alimentação, podem ser
classificados em duas categorias
principais -Sistemas Passivos, os quais não
necessitam de alimentação de potência ao nível de
alta tensão. -Sistemas Ativos (optoeletrônicos)
nos quais, por diversos métodos, a alimentação é
fornecida aos equipamentos eletrônicos no nível
de alta tensão.
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TRANSDUTOR ÓPTICO DE TENSÃO
- Transdutor que através da modulação de luz,
utilizando efeitos eletro-óticos (Efeito Pockels,
efeito Kerr), converte luz monocromática em um
sinal elétrico. - Preferencialmente, o
Transdutor Óptico baseado no efeito Pockels é
mais utilizado devido a sua boa relação de
linearidade entre a variação do campo elétrico
aplicado e a variação da birrefringência
apresentados na saída.
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EFEITOS ELETRO-ÓPTICOS
Fenômenos que surgem na interação da luz com a
matéria, com a presença de campo elétricos e
magnéticos externos Dois tipos de efeitos
eletro-ópticos - Efeito Pockels - efeito
eletro-óptico de 1ª ordem - Efeito Kerr - efeito
eletro-óptico de 2ª ordem A presença de campos
elétricos e magnéticos externos produzem
modificação no índice de refração dos materiais,
tornando-os anisotrópicos (substâncias
cristalizadas que possuem a capacidade de reagir
diferentemente segundo a direção de propagação da
luz) .
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Diagrama Transdutor Óptico de Tensão
Diagrama básico típico para medidas
eletro-ópticas de tensão. A luz incidente sobre o
elemento sensor é linearmente polarizada, e
emerge deste elipticamente polarizada, a qual é
analisada pelo óptico analisador.
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Efeito Pockels
- Em 1893, F. Pockels publicou a Teoria Geral -
Comum em cristais ADP (NH4H2PO4), quando
aplicamos um campo elétrico uniforme na direção
oz. A birrefringência linear induzida segundo as
direções oxy (eixos eletro-ópticos induzidos) é
dada pela expressão Ny Nx N3O R6 3 EZ
Ny Nx N3O R6 3 V/d Onde NO é
índice de refração, R63 é um elemento do tensor
eletro-óptico do cristal (constante de Pockels) e
EZ o campo elétrico externo.
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Efeito Pockels
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Materiais que exibem Efeito Pockels
São também conhecidos como células de
Pockels. Podem ser classificadas em
-longitudinais campo élétrico externo aplicado
na direção do eixo óptico. - transversais campo
elétrico externo perpendicular à direção de
propagação.
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Materiais que exibem Efeito Pockels

• Para a luz monocromática e linearmente polarizada
  na direção do eixo óptico(longitudinal)
• ?P 2? (Nx Ny ) L 2? N3O R 63 V
• ?
• V é a tensão aplicada ao cristal (KDP)
• Para ?P ? a tensão de meia onda vale
• V(?/2) __ ? ____
• 2 N3O R63

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Materiais que exibem Efeito Pockels
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Esquema Funcionamento Transdutor Óptico Tensão
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Divisor Capacitivo Tensão
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Situação Atual Medição Alta Tensão
A medição atual é feita por TPs e
TCs. Desvantagens - Problemas de falha de
isolação - contaminação superficial, -
fenômenos de saturação e pobreza de resposta em
frequência - isolantes possuem tamanhos
colossais para tensões acima de 100 kV o que
torna o transformador muito grande -
Infidelidade na relação de transformação. Por
estes e outros motivos, os recentes avanços
tecnológicos buscam -Desenvolver dispositivos de
medida e proteção com desempenho técnico superior
aos clássicos transformadores de corrente (TC) e
potencial (TP). -Oferecer uma redução no custo e
uma fácil extensão do nível de (AT) para o de
(EAT).
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Situação Atual Medição Alta Tensão
Diagrama simplificado da medição de alta tensão
feita por TPs.
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Medição por Trandutores Ópticos de Tensão
Algumas das vantagens desse sistemas de medida
óptica são - O isolamento elétrico requerido é
conseguido facilmente pois são galvanicamente
desacoplados - A eliminação total ou parcial de
ruídos. - Rapidez e fiabilidade na transferência
de informações - Os métodos de modulação digital
são facilmente acoplados à atual tecnologia de
computadores - Redução das dimensões e custo do
sistema de medida - .Aumento da precisão das
medidas, independente do nível de tensão ( AT,
EAT, UAT) - Não há perdas por efeito joule e o
efeito das capacitâncias parasitas é zero -
Possibilidade de realizar a medição remotamente
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Medição por Trandutores Ópticos de Tensão
Por outro lado, certas desvantagens podem ser
destacadas .Maior complexidade que os sistemas
convencionais .Necessidade de uma amostra
relativamente grande do cristal .Dificuldade na
manutenção das partes dos sistemas ativos
(baterias, componentes eletrônicos, etc.) no
nível de alta tensão .Necessitam de fonte de
alimentação, seja em nível de alta tensão e terra
(sistema ativos), ou em nível de terra ( sistemas
passivos) .Confiabilidade e vida média
insuficiente dos atuais componentes
eletrônicos .Necessidade de alinhamento de
lentes e polarizadores