ARCO ELÉTRICO ANDRÉ LUIS MACAGNAN GABRIELA GARCIA MARTINS DARIO GONÇALVES GALINDO

Transcrição

1 ARCO ELÉTRICO ANDRÉ LUIS MACAGNAN GABRIELA GARCIA MARTINS DARIO GONÇALVES GALINDO

2 Tópicos a serem abordados Introdução Causas dos arcos elétricos Efeitos no corpo humano Curto-Circuito Cálculo da energia incidente Redução da energia incidente EPI s para proteção contra arcos elétricos Relação com a NR-10

3 Introdução Um arco elétrico caracteriza-se pela passagem significativa de corrente elétrica por um material normalmente não condutivo, como o ar, movimentando-se a altas velocidades (aprox. 100 m/s) Para tensões mais elevadas, o comprimento do arco pode ser substancialmente maior, em torno de 2,5 cm para cada 100 V da fonte, antes que a impedância do sistema comece a regular ou limitar a corrente de falta É uma ocorrência de curtíssima duração (menor que 1/2 segundos)

4 Pessoas que estejam no raio de alguns metros de um arco podem sofrer severas queimaduras Arcos elétricos são eventos de múltipla energia. Forte explosão e energia acústica acompanham a intensa energia térmica. Em algumas situações, uma onda de pressão também pode se formar

5 Causas Mau contato (conexões soltas, mau apertadas ou devido a vibrações) Depreciação da isolação (sobretensão, sobrecarga e fim de vida do dielétrico) Defeito de fabricação de componentes ou equipamentos (quando não detectada no início, o mesmo aparece ao longo da vida) Projeto e instalação inadequados ou mal dimensionados Contatos acidentais ou inadvertidos de ferramentas ou peças ou mesmo de animais com condutores vivos Curtos-circuitos (entre fases e fase-terra)

6 Efeitos no corpo humano Destrói os tecidos do corpo Podem desprender-se partículas incandescentes que queimam ao atingir os olhos Ferimentos e quedas, decorrentes das ondas de pressão que podem se formar pela expansão do ar Geram vapores metálicos tóxicos Projeção de metal fundido

7 Curto-circuito Curtos-circuitos são provocados por falhas na isolação de equipamentos, devido a causas mecânicas como rompimento de condutores, como consequência de sobtensões causadas por raios ou surtos de chaveamento, quando ocorre contaminação da isolação, pela presença de maresia ou locais com alta concentração de poluição etc. A análise de curtos-circuitos em sistemas de energia é uma tarefa bastante complexa. Este método somente é viável para redes de pequena dimensão, uma vez que deve ser realizada uma série de redução de redes, sendo sua principal aplicação o estudo e entendimento da teoria básica de curto-circuito. Para sistemas industriais e comerciais reais, compostos por dezenas ou centenas de geradores, barras, linhas de transmissão e transformadores, deve-se recorrer ao cálculo do curto-circuito utilizando simulação em computadores. A essência deste método e a formação da matriz impedância de barras e a utilização de métodos matriciais que efetuam o cálculo das correntes de curto-circuito, contribuições das linhas, transformadores e alimentadores e tensões em todos os pontos do sistema, entre outras características.

8 A Figura a seguir demonstra o resultado da redução dos circuitos para o cálculo do curto-circuito trifásico em uma barra especifica Depois de reduzido o circuito, pode-se obter a corrente de curtocircuito em pu e em A, aplicando equações simples, como:

9 Cálculo da energia incidente Método proposto por Doughty e Neal As equações dispostas nesse método podem ser utilizadas para estimar a energia incidente de um arco elétrico em sistemas elétricos trifásicos com tensão nominal igual ou inferior a 600 V Para arcos elétricos ocorridos em ambientes abertos, deve ser utilizada a seguinte equação: Em que: EMA= energia incidente máxima em ambiente aberto, em cal/cm2; DA = distância de trabalho do ponto de arco elétrico, em polegada; ta= tempo de duração do arco, em segundos; F = corrente de curto-circuito, em ka (na faixa de 16 ka a 50 ka).

10 Para arcos ocorridos em ambientes fechados, deve ser aplicada a equação a seguir para estimativa de energia incidente. Enquadram-se, nesse caso, arcos elétricos ocorridos no interior de painéis, CCMs ou outro tipo de compartimento. Em que: EMB= energia incidente máxima em ambiente fechado, em cal/cm2; DB = distância de trabalho do ponto de arco elétrico, em polegada; ta = tempo de duração do arco, em segundos; F = corrente de curto-circuito, em ka (na faixa de 16 ka a 50 ka).

11 Método de Ralph Lee para instalações superiores a 600V Este método pode ser aplicado para estimar os valores de energia incidente produzidos por um curto-circuito trifásico em ambiente aberto para tensões superiores a 600 V Em que: E = energia incidente, em cal/cm2; F = corrente de curto-circuito, em ka; V = tensão de linha, em V; ta = tempo de duração do arco, em segundos; D = distância de trabalho do ponto de arco elétrico, em polegadas.

12 Cálculo de energia incidente em corrente contínua Método da máxima potência Este método é aplicável para sistemas de corrente contínua com tensão nominal de até 1000 Vcc. Em que: Iarc = corrente do arco, em ampères; Ibf = corrente de curto-circuito, em ampères; IEm = energia incidente estimada em um arco elétrico por corrente contínua para máxima potência, em cal/cm2; Vsys = tensão do sistema, em V; Tarc = tempo de duração do arco, em segundos; D = distância de trabalho do ponto de arco elétrico, em centímetros.

13 Método da norma IEEE 1584 O cálculo para estimativa da energia incidente aplicando o disposto na IEEE 1584 é um dos métodos previstos no Anexo D da NFPA 70E Esta norma deve ser empregada somente em instalações que se enquadrem dentro das seguintes características: Tensão entre 208 V e V; Sistema trifásico; Frequência de 50 Hz a 60 Hz; Corrente de curto-circuito de 700 A a 106 ka; Espaçamento entre condutores de 13 mm a 152 mm

14 Etapa 1: coleta de dados da instalação e do sistema Nesta etapa é necessário realizar a coleta de dados do sistema elétrico da unidade, tais como diagramas unifilares e todos os dados necessários para o cálculo de curto-circuito Etapa 2: determinação dos modos de operação do sistema De acordo com a IEEE 1584, em sistemas radiais, há somente um modo de operação normal, porém existem outros sistemas mais complexos que possuem vários modos de operação. Etapa 3: determinação da corrente de curtocircuito Nesta etapa, a IEEE 1584 recomenda que todas as informações referentes ao diagrama unifilar e os dados coletados dos equipamentos sejam inseridos em um programa para cálculo de curtocircuito.

15 Etapa 4: determinação da corrente do arco elétrico Para baixa tensão, deve-se aplicar a equação: Em que: lg = Logaritmo na base 10; Ia = corrente do arco elétrico, em ka; K = é 0,153 para arco em ambiente aberto; é 0,097 para arco em ambiente fechado; Ibf= Corrente de curto-circuito para uma falta trifásica, em ka; V = tensão do sistema, em kv; G = distância entre condutores, em mm (tabelada na norma) Para tensões entre 1 kv e 15 kv, não há distinção entre as configurações em ambiente aberto e ambiente fechado, devendo ser aplicada a seguinte equação: Em que: lg = Logaritmo na base 10; Ia = corrente do arco elétrico, em ka; Ibf = Corrente de curto-circuito para uma falta trifásica, em ka.

16 Etapa 5: encontro das características dos dispositivos de proteção e o tempo de duração do arco Para esse levantamento, recomenda-se que os dados do sistema de proteção sejam retirados dos equipamentos instalados no campo Etapa 6: determinação das tensões dos sistemas e a classe dos equipamentos Deve-se documentar, para cada barramento, a tensão do sistema e o tipo de equipamento (tabela da IEEE 1584), com o objetivo de identificar o espaçamento entre os barramentos. Etapa 7: determinação da distância de trabalho A IEEE 1584 possui uma tabela, na qual são apresentadas as distâncias de trabalho típicas de acordo com os tipos de equipamentos.

17 Etapa 8: cálculo da energia incidente em todos os equipamentos Nesta etapa, a IEEE 1584 recomenda a utilização de um programa para cálculo da energia incidente. A própria IEEE 1584 disponibiliza uma planilha em Excel para a realização desses cálculos. Em que: lg = Logaritmo na base 10; En = Energia incidente normalizada (J/cm2) para tempo de 200 ms e distância de 610 mm; K1 = é 0,792 para ambiente aberto; é 0,555 para ambiente fechado. K2 = é 0 para sistema isolado ou aterrado por alta resistência; é 0,113 para sistema solidamente aterrado. G = Distância entre os condutores, em mm

18 Converte-se para energia incidente a partir da energia normalizada pela equação: Em que: E = Energia incidente (J/cm2); Cf = é um fator de cálculo 1,0 para tensão acima de 1 kv 1,5 para tensão igual ou menor do que 1 kv En = Energia incidente normalizada; t = tempo do arco, em segundos; D = Distância do possível ponto do arco para uma pessoa (mm); x = Expoente de distância, conforme tabela da IEEE1584 Para determinar o valor da energia incidente em cal/cm2, deve ser aplicada a seguinte equação:

19 Etapa 9: determinação da distância segura de aproximação contra arco elétrico Assim como a NFPA 70E, a IEEE 1584 de ne a distância segura de aproximação como a distância da fonte do arco na qual uma energia de calor de 1,2 (cal/cm2), ou 5,0 (J/cm2), incide sobre uma pessoa sem equipamento de proteção, causando-lhe queimadura de segundo grau Em que: DB = Distância de aproximação do ponto do arco, em (mm); Cf = é um fator de cálculo 1,0 para tensão acima de 1 kv; 1,5 para tensão igual ou menor do que 1 kv; En = Energia incidente normalizada; EB = Energia incidente (J/cm2) na distância de proteção; t = tempo do arco, em segundos; x = Expoente de distância, conforme Tabela da IEEE 1584

20 Redução da energia incidente Recursos de Relés de Proteção para Redução da Energia Incidente Temporização de manobras comandadas localmente; Sobrecorrente instantânea em momentos de manutenção; Sistema para detecção de arco em gavetas de CCMs;

21 Elemento de detecção de arco baseado na percepção de luz e sobrecorrente; Redução do tempo de coordenação com seletividade lógica.

22 EPI s para proteção contra arcos elétricos A NFPA 70E determina que, caso uma atividade seja executada dentro de uma região com risco de arco elétrico, um dos métodos a seguir deve ser aplicado para seleção da vestimenta adequada e dos demais EPIs: 1. Estudo de energia incidente Este estudo deve determinar o nível de energia incidente (em cal/cm2), ao qual um trabalhador está exposto, devendo ser formalmente documentado pelo empregador. 2. Categorias de risco Este método permite a aplicação das tabelas disponíveis na própria norma, para a seleção e a utilização de vestimentas resistentes a arco e outros equipamentos de proteção.

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24 Vestimentas especiais Proteção para a cabeça Proteção para a face Proteção para as mãos Proreção para os pés Equipamentos adequados

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26 Relação com a NR-10 A NR 10 exige uma vestimenta adequada para o eletricista porem não diz como especificar essa vestimenta. AABNT publicou a norma NBR baseada na IEC sobre vestimentas destinadas a proteção térmicas oriundas de arco elétrico. Dessa forma já temos uma norma (brasileira) definindo como ensaiar uma vestimenta mas ainda não temos clareza sobre como especificala, ou seja, quanto ela precisa proteger o usuário (ATPV ou Cal/cm²). A nova NR10 estabelece em seu item que os EPI devem contemplar a inflamabilidade ou seja, os EPI devem ter um mínimo de capacidade de diante da ocorrência de arcos elétricos e outras formas de calor. A essa capacidade, dá-se o nome de ATPV, ou Valor de Performance para Arcos Térmicos. Para segurança dos trabalhadores, é recomendado que todos os quadros elétricos e locais de serviços elétricos, possuam uma placa de sinalização indicando qual o nível de Energia Incidente presente no local e qual o ATPV do EPI que deve ser utilizado no local.

27 OBRIGADO PELA ATENÇÃO!