Tecnicas de Inspeção e Testes, Notas de estudo de Engenharia Elétrica

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PCO

PROGRAMA DE CERTIFICAÇÃO

OPERACIONAL CST

TÉCNICAS DE INSPEÇÃO E

PROCEDIMENTOS DE TESTES

Janeiro de 2005

SUMÁRIO

SUMÁRIO ...................................................................................................................II

• 2 INTRODUÇÃO .............................................................................................. 1 APRESENTAÇÃO........................................................................................ XI
• 3 MÁQUINAS ELÉTRICAS ROTATIVAS...................................................
  • 3.1 Fontes de Alimentação......................................................................................
  • 3.2 Proteção de Motores de Corrente Alternada.....................................................
    • 3.2.1 Proteção Contra Surtos de Tensão ..........................................................
    • 3.2.2 Proteção Contra Sobrecargas...................................................................
    • 3.2.3 Proteção Contra Curtos-Circuitos ...........................................................
  • 3.3 Proteção Contra Falta e Desequilíbrio de Fases ...............................................
  • 3.4 Interação Motor e Máquina Acionada ..............................................................
  • 3.5 Inspeção de Motores Elétricos ..........................................................................
    • 3.5.1 Instalação do Motor Elétrico. ..................................................................
      • 3.5.1.1 Aterramento................................................................................
      • 3.5.1.2 Dispositivos de Bloqueio e Calços.............................................
      • 3.5.1.3 Medição da Resistência de Isolamento ......................................
      • 3.5.1.4 Conexão de Força do Motor.......................................................
      • 3.5.1.5 Conexões dos Condutores dos Circuitos de Proteção e Controle
      • 3.5.1.6 Fixação do Motor à Base............................................................
      • 3.5.1.7 Proteções do Motor ....................................................................
    • 3.5.2 Operação com o Motor Desacoplado ......................................................
    • 3.5.3 Acoplamento Motor – Máquina Acionada..............................................
    • 3.5.4 Operação com o Motor Acoplado ...........................................................
      • 3.5.4.1 Indicadores e Proteção de Vibração...........................................
      • 3.5.4.2 Indicadores e Proteção Térmica dos Mancais............................
      • 3.5.4.3 Indicadores e Proteção Térmica dos Enrolamentos ...................
      • 3.5.4.4 Dispositivos Auxiliares ..............................................................
    • 3.5.5 Inspeção Sistemática ...............................................................................
      • 3.5.5.1 Sistema de Alimentação .............................................................
      • 3.5.5.2 Motor..........................................................................................
  • 3.6 Inspeção em Máquinas com Escovas de Carvão ..............................................
    • 3.6.1 Porta Escovas e Escovas..........................................................................
    • 3.6.2 Comutadores e Anéis Coletores ..............................................................
    • 3.6.3 Interpolos e Linha Neutra........................................................................
  • 3.7 Principais Causas de Falhas de Máquinas Rotativas DE Corrente Alternada ..
    • 3.7.1 Introdução................................................................................................
    • 3.7.2 Rolamentos (Mancais).............................................................................
    • 3.7.3 Contaminação por Agentes Agressivos...................................................
    • 3.7.4 Degradação Térmica................................................................................
      • 3.7.4.1 Falta de Fase (Operação em Duas Fases)...................................
      • 3.7.4.2 Sobrecarga Mecânica .................................................................
      • 3.7.4.3 Rotor Travado ............................................................................
      • 3.7.4.4 Temperatura Ambiente Acima de 40 O C....................................
      • 3.7.4.5 Partidas Sucessivas.....................................................................
      • 3.7.4.6 Roçamento Rotor-Estator...........................................................
      • 3.7.4.7 Tensões Anormais ......................................................................
    • 3.7.5 Abrasão Mecânica ...................................................................................
• 4 TRANSFORMADORES DE FORÇA..........................................................
  • 4.1 Análise Físico-química do Óleo Isolante..........................................................
  • 4.2 Cromatografia dos Gases Dissolvidos no Óleo Isolante...................................
  • 4.3 Relação de Transformação................................................................................
  • 4.4 Fator de Potência do Isolamento.......................................................................
  • 4.5 Resistência Ôhmica dos Enrolamentos.............................................................
  • 4.6 Acessórios Para Indicação e Proteção ..............................................................
    • 4.6.1 Relé Buchholz (Trafoscópio) ..................................................................
      • 4.6.1.1 Características Gerais.................................................................
      • 4.6.1.2 Teste de Funcionabilidade do Relé Buchholz............................
      • 4.6.1.3 Teste de Inflamabilidade ............................................................
      • 4.6.1.4 Teste de Acetileno......................................................................
      • 4.6.1.5 Verificações na Operação do Relé Buchholz.............................
    • 4.6.2 Relé de Fluxo de Óleo e Gás ...................................................................
    • 4.6.3 Relé de Pressão Súbita ............................................................................
      • 4.6.3.1 Relé de Pressão de Gás ..............................................................
      • 4.6.3.2 Relé de Pressão de Óleo .............................................................
    • 4.6.4 Dispositivo de Alívio de Pressão ............................................................
      • 4.6.4.1 Tubo com Diafragma .................................................................
      • 4.6.4.2 Tubo com Mola Espiral..............................................................
      • 4.6.4.3 Alavanca Articulada...................................................................
    • 4.6.5 Termômetros Tipo Mostrador .................................................................
      • 4.6.5.1 Termômetro para Líquido Isolante.............................................
      • 4.6.5.2 Termômetro para Enrolamento (Imagem Térmica) ...................
  • 4.7 Plano de Inspeção de Transformadores de Força .............................................
  • 4.8 Coleta do Óleo para Análise .............................................................................
    • 4.8.1 Coleta para Ensaio Físico-Químico.........................................................
    • 4.8.2 Coleta para Cromatografia de Gases Dissolvidos ...................................
• 5 CABOS ISOLADOS.......................................................................................
  • 5.1 Introdução .........................................................................................................
  • 5.2 Tipos de Isolação de Cabos de Potência ...........................................................
  • 5.3 O Fenômeno da Arborescência (TREEING) ....................................................
  • 5.4 Temperatura ......................................................................................................
  • 5.5 Descargas Parciais ............................................................................................
  • 5.6 Erros de Instalação ............................................................................................
  • 5.7 Erros na Especificação da Tensão de Isolamento do Cabo ..............................
  • 5.8 Terminais e Emendas........................................................................................
  • 5.9 Testes de Cabos Elétricos no Campo................................................................
  • 5.10 Inspeção de Cabos Isolados ............................................................................
  • 5.11 Ensaio de Tensão Elétrica (NBR 6881).........................................................
  • 5.12 Ensaio de Tensão Elétrica Alternativo..........................................................
• 6 CAPACITORES DE POTÊNCIA ..............................................................
  • 6.1 A inspeção de um capacitor ............................................................................
    • 6.1.1 Limpeza .................................................................................................
    • 6.1.2 Oxidação da Carcaça e Estruturas de Suporte.......................................
    • 6.1.3 Aterramento...........................................................................................
    • 6.1.4 Proteção Contra Curto-circuito .............................................................
    • 6.1.5 Deformação da Carcaça.........................................................................
    • 6.1.6 Isolamento .............................................................................................
    • 6.1.7 Teste da Integridade do Módulo Capacitor ...........................................
• ATERRAMENTO ................................................................................................... 7 PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS E
  • 7.1 Inspeção do Sistema de Proteção Contra Descargas Atmosféricas (SPDA) ..
    • 7.1.1 Captores.................................................................................................
    • 7.1.2 Cabos de Descida ..................................................................................
    • 7.1.3 Eletrodutos de Proteção.........................................................................
    • 7.1.4 Conexões Elétricas ................................................................................
• 8 SISTEMAS DE ATERRAMENTO E MALHA DE TERRA ..................
  • 8.1 Inspeção do Sistema de Aterramento..............................................................
    • 8.1.1 Estruturas Metálicas ..............................................................................
    • 8.1.2 Carcaça dos Equipamentos Elétricos ....................................................
    • 8.1.3 Cubículos e Painéis Elétricos ................................................................
    • 8.1.4 Transformadores e Geradores ...............................................................
    • 8.1.5 Resistência e Reatância de Aterramento ...............................................
    • 8.1.6 Malha de Aterramento...........................................................................
• 9 BATERIAS....................................................................................................
  • 9.1 Inspeção de Bancos de Baterias e Carregador ................................................
    • 9.1.1 Limpeza .................................................................................................
    • 9.1.2 Elementos ..............................................................................................
    • 9.1.3 Conexões ...............................................................................................
    • 9.1.4 Oxidação................................................................................................
    • 9.1.5 Pintura....................................................................................................
    • 9.1.6 Nível do Eletrólito .................................................................................
    • 9.1.7 Medição de Tensão................................................................................
    • 9.1.8 Densidade ..............................................................................................
    • 9.1.9 Análise do Eletrólito..............................................................................
    • 9.1.10 Descarga da Bateria.............................................................................
    • 9.1.11 Painel do Carregador ...........................................................................
    • 9.1.12 Retificadores........................................................................................
    • 9.1.13 Indicadores de Tensão e Corrente .......................................................
• ATMOSFERAS EXPLOSIVAS. ............................................................................ 10 EQUIPAMENTOS E INSTALAÇÕES ELÉTRICAS EM
  • 10.1 Introdução .....................................................................................................
  • 10.2 Tipos de Inspeção .........................................................................................
  • 10.3 Tipo de Proteção ...........................................................................................
  • 10.4 Formulário de Inspeção.................................................................................
• 11 REOSTATOS E RESISTORES..................................................................
  • 11.1 Inspeção de Banco de Resistores Fixos ........................................................
    • 11.1.1 Inspeção Visual ...................................................................................
    • 11.1.2 Resistência de Isolamento ...................................................................
    • 11.1.3 Alteração nas Característica de Aceleração do Motor ........................
  • 11.2 Inspeção de Reostatos Líquidos....................................................................
    • 11.2.1 Tanque .................................................................................................
    • 11.2.2 Eletrólito ..............................................................................................
    • 11.2.3 Eletrodos..............................................................................................
    • 11.2.4 Alteração nas Características de Aceleração do Motor.......................
    • 11.2.5 Mecanismo de Curto-circuitamento e Levantamento das Escovas.....
    • 11.2.6 Contator de Curto-circuito do Reostato ..............................................
• 12 GALERIAS, ROTAS DE CABOS, ELETRODUTOS E ACESSÓRIOS
  • 12.1 Inspeção em Galerias, Rotas de Cabos, Eletrodutos e Acessórios ...............
    • 12.1.1 Circuito de Iluminação ........................................................................
    • 12.1.2 Sistema de Drenagem de Água ...........................................................
    • 12.1.3 Limpeza da Galeria .............................................................................
    • 12.1.4 Bandejamento e Cabos Elétricos.........................................................
    • 12.1.5 Eletrodutos...........................................................................................
    • 12.1.6 Proteção Passiva ..................................................................................
• 13 SISTEMA DE ALARME E INCÊNDIO ...................................................
  • 13.1 Sensores ........................................................................................................
  • 13.2 Painel Local...................................................................................................
  • 13.3 Painel Central................................................................................................
  • 13.4 Teste Simulado de Incêndio..........................................................................
• 14 SISTEMA DE ILUMINAÇÃO E TOMADAS DE FORÇA ....................
  • 14.1 Segurança e Meio Ambiente.........................................................................
  • 14.2 A inspeção nos Circuitos de Iluminação.......................................................
    • 14.2.1 Painéis de Distribuição e Controle ......................................................
    • 14.2.2 Eletrodutos e Linhas Elétricas Inclusive Condutores..........................
    • 14.2.3 Luminárias e Acessórios .....................................................................
    • 14.2.4 Torres de Iluminação – Escada de Acesso e Plataforma.....................
  • 14.3 Inspeção em Tomadas de Força....................................................................
    • 14.3.1 Painéis de Distribuição........................................................................
    • 14.3.2 Tomadas ..............................................................................................
• 15 FREIOS ELETRO-HIDRÁULICOS .........................................................
• 16 FREIOS ELETROMAGNÉTICOS............................................................
• 17 DETECTORES DE METAL E SEPARADORES MAGNÉTICOS. ......
  • 17.1 Técnicas de Inspeção ....................................................................................
• 18 DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO E COMANDO DE CAMPO ............
• 19 INVERSORES DE FREQÜÊNCIA ...........................................................
  • 19.1 Princípio Operacional ...................................................................................
  • 19.2 Potência do Inversor e do Motor Acionado ..................................................
  • 19.3 Reatância de Rede.........................................................................................
  • 19.4 Reatância de Carga .......................................................................................
  • 19.5 Instalação Elétrica .........................................................................................
  • 19.6 Grau de Proteção e Ventilação......................................................................
  • 19.7 Interferência Eletromagnética.......................................................................
  • 19.8 Inspeção ........................................................................................................
    • 19.8.1 Roteiro Para Inspeção..........................................................................
• 20 DISJUNTORES ............................................................................................
  • 20.1 Geral..............................................................................................................
  • 20.2 Inspeção de Disjuntores ................................................................................
  • 20.3 Principais Causas de Falhas ..........................................................................
• 21 CONTATORES ............................................................................................
• 22 CHAVES SECCIONADORAS DE MÉDIA TENSÃO ............................
• 23 CUBÍCULOS E PAINÉIS ELÉTRICOS...................................................
  • 23.1 Arco voltaico.................................................................................................
  • 23.2 Inspeção Detalhada .......................................................................................
• TENSÕES DE CORRENTE CONTÍNUA............................................................ 24 AVALIAÇÃO DO ISOLAMENTO ELÉTRICO UTILIZANDO
  • 24.1 Introdução .....................................................................................................
• 24.2 Isolamento Elétrico .......................................................................................
• 24.3 Aplicando Tensão Contínua no Isolamento..................................................
  • 24.3.1 Corrente de Carga Capacitiva .............................................................
  • 24.3.2 Corrente de Absorção Dielétrica .........................................................
  • 24.3.3 Corrente de Condução (Corrente de Fuga) .........................................
• 24.4 Fatores que Afetam a Resistência de Isolamento .........................................
  • 24.4.1 Efeito das Condições da Superfície.....................................................
  • 24.4.2 Efeito da Umidade...............................................................................
  • 24.4.3 Efeito da Temperatura .........................................................................
  • 24.4.4 Efeito do Valor do Potencial de Teste.................................................
  • 24.4.5 Efeito da Duração do Teste .................................................................
  • 24.4.6 Efeito da Carga Residual.....................................................................
• 24.5 Tensão Nominal e Máxima Tensão de Teste................................................
• 24.6 Testes de Avaliação do Isolamento ..............................................................
  • 24.6.1 Resistência de Isolamento a 1 Minuto.................................................
  • 24.6.2 Método Resistência - Tempo. Índice de Polarização (IP)...................
  • 24.6.3 Teste de Multitensão ...........................................................................
  • 24.6.4 Teste com Tensões Acima do Valor Nominal do Equipamento .........
• 24.7 Práticas Básicas para Operação do Megôhmetro..........................................
  • 24.7.1 Calibração............................................................................................
  • 24.7.2 Indicação do Zero................................................................................
  • 24.7.3 Indicação de Final de Escala ...............................................................
  • 24.7.4 Terminais do Instrumento ...................................................................
  • 24.7.5 Pontas de Prova ...................................................................................
• 24.8 Práticas para Teste de Isolamento com Tensão de Corrente Contínua.........
• 24.9 Testes de Isolamento em Máquinas Elétricas Rotativas...............................
  • 24.9.1 Geral ....................................................................................................
  • 24.9.2 Posições de Ligações para Teste ......................................................... - 24.9.2.1 Estator e Rotor CA com Três Cabos de Saída ....................... - 24.9.2.2 Estator de Motor de CA com Seis ou Mais Terminais. ......... - 24.9.2.3 Máquinas de Corrente Contínua............................................. - 24.9.2.4 Geradores de Corrente Alternada...........................................
    • 24.9.3 Avaliação dos Valores Medidos..........................................................
  • 24.10 Testes de Resistência de Isolamento em Transformadores ........................
    • 24.10.1 Geral ..................................................................................................
    • 24.10.2 Posições de Teste – Transformadores de 2 Enrolamentos ................
    • 24.10.3 Avaliação dos Valores Medidos........................................................
  • 24.11 Teste de Resistência de Isolamento em Cabos Elétricos ............................
    • 24.11.1 Geral ..................................................................................................
    • 24.11.2 Posição de Teste ................................................................................
      • 24.11.2.1 Cabo Unipolar com Blindagem Metálica.............................
      • Condutor............................................................................................... 24.11.2.2 Cabo Multipolar com Blindagem Metálica Envolvendo Cada
      • 24.11.2.3 Cabo Multipolar sem Blindagem. ........................................
      • 24.11.2.4 Cabo Unipolar (de um Circuito Tripolar) sem Blindagem ..
    • 24.11.3 Avaliação dos Valores Medidos........................................................
  • 24.12 Testes de Resistência de Isolamento em Disjuntores e Contatores ............
    • 24.12.1 Geral ..................................................................................................
    • 24.12.2 Posições de Teste...............................................................................
    • 24.12.3 Avaliação dos Resultados dos Testes................................................
• 25 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................

1 APRESENTAÇÃO

As atividades de inspeção compreendem uma fatia importante das ações empreendidas por uma equipe de manutenção. Pode-se dizer, sem medo de errar, que uma inspeção bem implementada é um fator de sucesso da manutenção.

As ações de manutenção podem ser divididas em ações com o equipamento em operação e aquelas que só podem ser executadas com o equipamento parado. É óbvio que devemos privilegiar as atividades de inspeção que podem ser executadas com o equipamento operando. A manutenção existe para que os equipamentos operem o maior tempo possível, com a máxima confiabilidade.

O plano e as ações de inspeção devem ser norteados para o acompanhamento do estado do equipamento e instalação, acionando o órgão de planejamento e programação, sempre que as ações de manutenção preventiva (intervenções) se tornem necessárias para restaurar as condições operacionais.

Para que um inspetor possa executar sua função com sucesso, é necessário uma sólida formação profissional, aliado a um profundo conhecimento do processo de degradação das diversas partes dos equipamentos e das técnicas de inspeção e procedimentos de testes.

Esta apostila reúne a experiência adquirida ao longo de vários anos de manutenção industrial e uma vasta literatura técnica existente, porém dispersa.

Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes

3 MÁQUINAS ELÉTRICAS ROTATIVAS

3.1 FONTES DE ALIMENTAÇÃO

Uma longa vida útil de um motor de indução trifásico depende fundamentalmente das boas condições da fonte de alimentação, ou seja, da qualidade da energia fornecida, aí incluído o sistema de proteção.

A tensão e freqüência nos terminais do motor devem ser muito próximas à nominal. O fluxo magnético do entreferro é dado por:

f

KE

Φ =

Onde: Φ= fluxo de magnetização (Wb) E= tensão no terminal do motor (V) f= freqüência da tensão estatórica (Hz) K= constante, função da geometria do pacote magnético e da construção do enrolamento.

Os efeitos das variações da tensão e freqüência serão mais danosos ao motor, quanto mais próximo estiver operando da potência nominal.

Fig 1 Centro de controle de motores (CCM)

Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes

A NBR 7094 estabelece as variações permissíveis de tensão e freqüência em relação ao nominal, conforme figura 2.

Fig 2 Gráfico de variação de tensão e freqüência conforme norma NBR 7094

Geralmente a freqüência é firme, muito próxima de 60Hz, ocorrendo variação na tensão da concessionária e quedas de tensões nos elementos internos da industria, transformadores e cabos, principalmente.

As oscilações da tensão da concessionária podem ser minimizadas através de transformadores equipados com comutador de tapes sob carga (Load Tape Changer).

O transformador alimentador do Centro de Controle de Motores deve ser especificado com tensão secundária 5% (cinco por cento) acima da tensão nominal dos motores, por exemplo 460V para motores de 440V e 480V para motores de 460V.

Os condutores de alimentação dos motores são calculados para que a tensão no terminal dos motores, nas condições de partida e de regime, mantenha-se próximo da nominal (lembre-se que os conjugados de partida e nominal são proporcionais ao quadrado da tensão.

Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes

Fig 3 Caracterização da onda de um surto de tensão

A forma de onda tem uma frente escarpada e uma cauda longa, conforme 0.

A proteção do isolamento de máquinas rotativas compreende a limitação da tensão de impulso e a redução da inclinação da frente de onda da tensão, denominado “achatamento de onda”. O circuito de proteção compreende a instalação de pára-raios e capacitores adequadamente calculados, instalados entre os terminais da máquina e a malha de aterramento, conforme Fig 4.

Surtos de tensão podem levar o isolamento ao stress, ocasionando a falha do isolamento nas primeiras espiras do enrolamento.

Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes

Fig 4 Esquemas de ligação de motores de indução para proteção contra surtos utilizando capacitores e para-raios..

3.2.2 Proteção Contra Sobrecargas.

O funcionamento do motor acima de sua potência nominal acarreta uma corrente acima da nominal circulando nos enrolamentos e um aumento na temperatura da máquina, podendo superar a temperatura máxima admitida pelo material isolante. A operação nesta condição levará a degradação térmica do material isolante e queima da máquina.

Os motores de baixa tensão são normalmente protegidos por um relé térmico, percorrido pelas correntes das três fases, provocando o aquecimento de lâminas bimetálicas, que em condições de sobrecarga, desligará o contator, desenergizando o motor.

Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes

O relé térmico deve ser regulado para o valor da corrente nominal do motor protegido, mesmo em máquinas com fator de serviço.

Nos casos em que o motor tem sobra térmica (Fator de Serviço – FS>1) e está acontecendo a operação do relé térmico, é possível regular o térmico para um valor até

I N × FS. Neste caso recomenda-se verificar a temperatura no interior do enrolamento após a

nova regulagem do relé térmico.

Procedimento para verificação da temperatura do enrolamento.

1. Regule o relé térmico para até I N × FS (corrente nominal vezes o fator de

serviço do motor)

2. Com o motor à temperatura ambiente, meça a resistência ôhmica dos enrolamentos R 1. Meça a temperatura ambiente t 1.
3. Opere o motor com a carga na condição que estava provocando a operação do relé térmico por um tempo suficiente para que seja alcançado o equilíbrio térmico.
4. Desligue o motor e meça rapidamente a resistência ôhmica dos enrolamentos R 2 , e a temperatura do ar de refrigeração t (^) a ,
5. Calcule a elevação de temperatura do enrolamento através da formula abaixo:

a^ (^ t )^ t ta R

R R t t + + −

− − = 1 1 1

2 1 2 235

6. Calcule a temperatura do ponto mais quente considerando a temperatura ambiente de 40ºC.

T=(t 2-t a)+40ºC+K

onde: K=5ºC para máquinas com ΔT de 60ºC e 75ºC K=10ºC para máquinas com ΔT de 80ºC K=15ºC para máquinas com ΔT de 100ºC e 125ºC ΔT=elevação de temperatura de projeto da máquina

A temperatura do ponto mais quente não deve ser superior a:

100ºC- para máquinas com materiais de classe térmica “A” 120ºC- para máquinas com matérias de classe térmica “E” 130ºC- para máquinas com matérias de classe térmica “B” 155ºC- para máquinas com matérias de classe térmica “F”

Técnicas de Inspeção e Procedimentos de Testes

180ºC- para máquinas com matérias de classe térmica “H” Nos motores de maior porte, de média tensão, a proteção contra sobrecargas é confiada a relés de sobrecorrente associados a detectores de temperatura instalados no interior do enrolamento do motor. A curva de proteção do relé deve ser compatível com a curva térmica do motor de forma que o relé opere antes que o material isolante seja comprometido.

Os detectores de temperatura mais utilizados em motores de grande porte são os “RTD” - Resistence Temperature Dependent ou “resistência calibrada”, tendo como característica uma relação linear com a temperatura, propiciando uma indicação da temperatura no interior dos enrolamentos.

Os RTDs mais comuns são os de platina e cobre que têm, respectivamente, suas resistências a 0ºC de 100Ω e 10Ω.

Tabela 1 Conversão de resistência x temperatura para RTD PT- 100

Os RTDs são instalados nas ranhuras dos motores, em contato com as bobinas, dispostos nas três fases, propiciando alarme e desligamento.

Devido à inércia térmica, os detectores de temperatura não podem, na grande maioria das situações, atuar de forma suficientemente rápida para defeitos que ocasionam elevações abruptas de corrente.