Aula Prtica 94 95O Setor Eltrico / Fevereiro de 2009 O Setor Eltrico / Fevereiro de 2009

A indstria petroqumica, como tantos outros

segmentos produtivos, utiliza, em suas instalaes

eltricas, conjuntos de manobra e controle (CDC),

tais como Centros de Controle de Motores

(CCM) e Centros de Distribuio de Cargas

(CDC), tanto em baixa tenso (BT) quanto em

mdia tenso (MT), para suprir as necessidades

de distribuio e controle de energia eltrica em

seus parques industriais. Estes equipamentos se

encontram, muitas vezes, instalados em barras

do sistema eltrico nos quais esto presentes

Por David D. Shipp, William S. Vilcheck, Frank J. Angelini e Luiz Felipe O. Costa*

Arco eltrico na indstria petroqumica

Arc-flash: uma abordagem prtica para anlise e reduo dos riscos

associados ocorrncia de um arco eltrico em conjuntos de manobra e

controle de baixa e mdia tenso

pontos com altos nveis de energia associados

s descargas por arco eltrico. Em face disso,

as etapas relativas ao projeto, instalao, ao

comissionamento, operao e manuteno

dos equipamentos requerem cuidados especiais

relativos segurana humana e patrimonial.

Muitos setores j reconhecem a real

importncia da identificao e da preveno

dos riscos associados ocorrncia de arcos

eltricos e, por conta disso, vem no somente a

necessidade de se quantificar os nveis existentes

de energia incidente no ponto da instalao,

como tambm de estabelecer programas de

segurana com uso de etiquetas informativas dos

valores de energia e requisitos especficos de

Equipamentos de Proteo Individual (EPI) para

realizao de trabalho de interveno. Entretanto,

muitas vezes, os valores encontrados mostram-se

incompatveis com condies seguras de trabalho.

Em outras palavras, a abordagem do problema no

se encerra simplesmente com o fim do clculo da

energia incidente e a consequente categoria de

risco em que se devem enquadrar os requisitos

de um EPI.

Primeiro, fundamental se identificar os nveis

reais de energia disponvel no ponto de aplicao

do equipamento para ento se iniciar a anlise

dos mtodos a serem adotados na preveno e

mitigao de seus efeitos.

Um acidente em um equipamento resulta em

muitos transtornos e em custos considerveis,

sendo o maior preo, muitas vezes, pago pelo

trabalhador que se encontra incumbido de intervir

diretamente no equipamento. Por conta disso, o

conhecimento do estado da arte de projeto e

de uso de conjuntos de manobras e controle

permite diminuir as chances de ocorrncia de

arcos internos e mitigar os seus possveis efeitos,

aumentando as probabilidades de salvaguardar

a vida humana. Desse modo, preciso,

cada vez mais, fornecer diretrizes e

ferramentas que permitam aos

engenheiros responsveis pela

especificao e implantao de

novos conjuntos de manobra

e controle, e a modernizao

de unidades j existentes ou que

tenham sofrido danos oriundos de

falhas, terem condies de analisar e

discutir quais as opes e recomendaes

disponveis atualmente.

Visando, ento, auxiliar os responsveis pela

tomada de deciso sobre o que fazer diante

dos riscos presentes em uma atividade com

possibilidades de incidentes por arco eltrico,

sero apresentadas sugestes e mtodos que

visam melhoria das condies de trabalho, nas

quais o eletricista dever efetuar uma atividade,

as opes para reduo dos nveis de energia

incidente, especialmente nos casos em que

estes valores se encontram acima de 40 cal/cm

e a definio de mtodos para preveno ou

reduo de riscos associados ocorrncia

de falhas. Sero descritos vrias filosofias

disponveis atualmente, como:

Conjuntos de manobra e controle resistentes

aos efeitos de arco interno.

Conjuntos de manobra e controle com

limitao dos nveis de energia associados a

um arco eltrico, por filosofia pr-definida da

limitao de correntes de falha ou pelo uso

de dispositivos redutores de nveis de energia

relacionada a arco.

Conjuntos de manobra e controle com

segurana aumentada e tcnicas de reduo

de risco de acidente por meio de limitao de

possveis causas de arco interno.

Uso de monitoramento contnuo e ferra mentas

de diagnstico preditivo.

Modificaes nas filosofias de proteo contra

sobrecorrente.

Modernizao de instalaes existentes.

Alteraes nos mtodos de trabalho de

operao e manuteno.

Cenrio atual A prpria definio de risco dos perigos de

descarga por arco eltrico apresentada pela Associao

Nacional (dos Estados Unidos) para Proteo contra

Incndios (NFPA) indica que esta uma condio

perigosa associada liberao de energia causada

por um arco eltrico. Assim, toda a abordagem

desenvolvida pela NFPA 70E-2004 e pela IEEE Std.

1584-2002 enfoca o conceito de energia e o clculo de

quantificao de sua parte trmica. Ou seja, a anlise

se concentra no calor que est associado energia

liberada quando de um evento de arco eltrico.

A energia incidente no ponto definida

como a quantidade de energia imposta em

uma superfcie, a certa distncia da fonte, gerada

durante a ocorrncia de um arco eltrico. As

unidades comumente utilizadas para se medir a

energia incidente so:

calorias por centmetro quadrado (cal/cm), a

mais comum encontrada na literatura tcnica

disponvel.

joules por centmetro quadrado (J/cm), em que

a unidade de energia segue o SI.

Assim, dentro dessa linha, os estudos visam

primeiro determinar o nvel de energia trmica

em cal/cm e, ento, informar qual o nvel de

risco que existe para os profissionais que

ficaro expostos durante atividades e servios

envolvendo eletricidade.

Uma questo levantada, algumas vezes, quando

um trabalhador pode vir a ficar exposto aos

riscos de um arco eltrico. Na verdade,

qualquer oportunidade em que se esteja

trabalhando em um equipamento

energizado ou prximo a ele. Alguns

exemplos seriam:

medies de qualidade de energia

leituras de inspeo termogrfica

manuteno e operao de conjuntos

de manobra e controle

pesquisa de defeitos e falhas em

equipamentos

Assim, toda vez que for definido que um

trabalhador ir atuar dentro de uma zona de

proteo contra descarga eltrica, necessria a

anlise de riscos de arco eltrico. Com os valores

estimados com base na atividade a ser exercida

ou obtidos por meio de clculos, so definidas as

categorias de riscos conforme faixas de valores dos

nveis de energia incidente. Seguindo, ento, uma

diretriz de se prevenir ou limitar os ferimentos

ao ser humano, so definidas as vestimentas, os

EPIs e os EPCs (proteo coletiva) apropriados,

alm das prticas e distncias seguras de trabalho

para o local em que a atividade ser exercida.

Apesar de tanto a NR 10 (conforme

mostrado na Figura 1) quanto a NFPA 70E

estabelecerem distncias mnimas para evitar a

Div

ulga

o:

Cep

el

eletrocuo (choque eltrico) provocado por

um arco estabelecido no ar em condies de

perturbao deste dieltrico, elas no englobam,

obrigatoriamente, as distncias seguras contra os

efeitos resultantes de um arco eltrico. O fato

que a distncia mnima para proteo contra

os efeitos de um arco eltrico pode ser maior

ou menor do que a definida para zona livre de

choque eltrico. Da a necessidade de se adotar

a prtica de anlise de riscos associados aos

perigos de um arco eltrico.

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Figura 1 Zonas relativas a choque eltrico

Figura 3 Evento de um arco eltrico

Figura 2 Zonas relativas a choque eltrico e exposio a arco eltrico

Legenda:

Rr: Raio circunscrito radialmente de

delimitao da zona de risco

Rc: Raio circunscrito radialmente de

delimitao da zona controlada

ZL: Zona livre

ZR: Zona de risco, restrita a profissionais

autorizados e com a adoo de tcnicas e

instrumentos apropriados de trabalho

ZC: Zona controlada, restrita a profissionais

autorizados

PE: Ponto da instalao energizado

SI: Superfcie construda com material

resistente e dotada de dispositivos e

requisitos de segurana

Para efeitos informativos, as seguintes

temperaturas so utilizadas como valores de

referncia:

Pele humana queimadura curvel: 80 C

Pele humana morte de clulas: 96 C

Ignio de roupas: de 400 C a 800 C

Queima contnua de roupas: 800 C

Partculas de metal derretido provenientes de

um arco eltrico: 1.000 C

Superfcie do Sol: 5.000 C

Arco eltrico (nos pontos de origem): 20.000 C

Aqui cabe lembrar que, por definio, uma

caloria a energia necessria para se elevar um

grama de gua em um grau Celsius, na presso

de uma atmosfera. O valor de 1,2 cal/cm de

energia calorfica pode provocar queimaduras

de segundo grau.

A seguir apresentada uma tabela com os

requisitos bsicos das vestimentas a serem usadas

em servios de eletricidade:

TABELA I

CATEGORIA DE RISCOS: REQUISITOS PARA EPI

Requisitos bsicos paRa uso de epi

Categorias de riscos

0

1

2

3

4

Energia incidente

Cal/cm2 (J/cm2)

1.2

(5,02)

5

(20,92)

8

(33,47)

25

(104,6)

40

(167,36)

Requisitos de vestimenta em funo da categoria

necessria para o EPI

Algodo no tratado

Camisa FR e cala FR

Roupas de baixo em algodo, camisa FR

e cala FR

Roupas de baixo em algodo, camisa FR,

cala FR e, sobretudo, FR

Roupas de baixo em algodo, camisa FR,

cala FR e conjunto de casaco e

cala de manobra com dupla camadaRef.: NFPA 70E (tabela 3-3.9.3) Nota: FR (Flame Retardant):

Material retardante de chama

Em suma, a anlise de risco de arco determina

o nvel de energia trmica liberada por um arco

eltrico dentro das piores condies que possam

existir no sistema. A NFPA 70E requer que tais

anlises sejam feitas sempre que um trabalhador

possa ficar exposto a circuitos que estejam

energizados com tenses maiores que 50 V.

Condies tpicas de risco

A energia incidente num ponto proveniente

de um arco eltrico depende fundamentalmente

dos seguintes fatores:

Corrente de falta presumida no ponto

Tempo de eliminao da falta para as condies

de arco

Distncia entre o trabalhador e ponto de arco

Outros fatores que afetam, em menor escala,

os nveis de energia disponveis em um ponto so:

Tenso de operao

Distncia entre eletrodos

Tipo de aterramento do neutro do sistema eltrico

Partindo dessas definies, em uma primeira

abordagem, um profissional poderia ser levado a

crer que os locais com maior risco para trabalho

em equipamentos energizados so aqueles com

valores altos de curto-circuito e com tempos

totais de interrupo altos. No entanto, a realidade

mais complexa e exige outros cuidados.

A fim de nos permitir entender a extenso das

variveis envolvidas, vamos tomar, como exemplo,

as conexes do secundrio de transformadores.

Nestas condies, uma falha, que ocorra entre os

terminais secundrios e o elemento de manobra

e proteo principal a jusante, deve ser detectada

e eliminada pela proteo no primrio do mesmo

transformador. Nesta condio, para unidades ou

bancos trifsicos, ligados em tringulo- estrela

aterrado, conforme o tipo de falta (fase-terra,

fase-fase), haver casos com valores reduzidos de

corrente de curto-circuito refletidos no primrio

que, em funo da proteo adota, podem nos

levar a tempos altos de resposta para eliminao

da falha.

Um fusvel primrio neste contexto pode

vir a ter tempos de interrupo maiores que um

segundo, o que nos levaria a valores de I2 t que

podem comprometer a segurana. Outro exemplo

claro da complexidade da anlise surge quando

nos deparamos com a proteo de sobrecorrente

para circuitos crticos como bombas de incndio,

em que a maior preocupao manter, o mximo

possvel, o tempo de operao do equipamento.

Por fim, existe o fato de termos, devido aos

ajustes que so adotados para a coordenao e

seletividade das protees, tempos de eliminao

de faltas cada vez mais altos medida que nos

aproximamos do ponto inicial da instalao

(entrada da concessionria, ramal principal de

alimentao, etc.).

ENERGIA LIBERADA POR UM ARCO ELTRICO

O perigo associado liberao intempestiva

de um arco eltrico muito grande. Um

profissional exposto as riscos de tal evento se

encontra sujeito s diversas formas de energia

liberadas pelo arco. Elas incluem tipos como:

eltrica, trmica, acstica, qumica, radiao e

mecnica. E todas se manifestam de alguma forma

fsica:

calor intenso

liberao de gases e nuvens txicas

lanamento de partes e peas

projeo de materiais derretidos (cobre,

alumnio, etc.)

barulho excessivo (existem registros de nveis

de rudo acima de 120 dB) provocado pela

expanso supersnica do ar

ignio de produtos circundantes, como poeiras,

gases e vapores inflamveis

ondas de presso

Um exemplo muito claro do aumento da

preocupao com a segurana do profissional

que possa vir a ter que atuar em reas prximas a

um conjunto de manobra ou operar diretamente

um disjuntor de potncia a necessidade

de comprovao de operao segura destes

equipamentos dentro do contexto de falha:

atuao adequada do elemento de proteo

contra curto-circuito SCPD dentro do seu

respectivo compartimento, quando h operaes

de interrupo trifsica e monofsica em

condies de falta. Este enfoque da NBR IEC

60439-1 passou a garantir que, por exemplo, um

disjuntor ensaiado e aprovado nas condies

definidas pela NBR IEC 60947-2 demonstrasse,

tambm, uma operao segura, quando instalado

dentro de um invlucro.

Isto veio ao encontro da antiga preocupao

de se eliminar a possibilidade de transferncia

do curto-circuito para fora do SCPD, quando

da atuao deste. Tanto a experincia de campo

quanto a literatura registram casos como a

aplicao de disjuntores em configuraes

que no apresentavam espao suficiente para

eliminao segura de gases ionizados das suas

respectivas cmaras de extino. Fato este

que levava a transferncia do ponto de curto-

circuito para antes do elemento de manobra,

com consequentes danos, muitos dos quais,

intempestivos.

No que diz respeito aos conjuntos de

manobra e controle, deve-se atentar para o fato

de que a maioria dos acidentes ocorre quando

h interveno neles, ou seja, com as portas ou

anteparos abertos; o que vai contra a prpria

essncia da anlise da adequao de um conjunto

de manobra quanto sua classificao IAC

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(Internal Arc Classification). importante tambm

lembrar que muitas atividades de operao ou

manuteno ocorrem, de fato, muito prximas

do ponto focal de energia incidente. Assim, muito

alm da preocupao de como um conjunto de

manobra e controle deva se comportar diante

de um evento de arco interno, deve existir, por

parte dos responsveis pela especificao e

fornecimento de conjuntos de manobra e controle,

uma abordagem efetiva na preveno das causas

de falha e na mitigao dos riscos de exposio de

um trabalhador aos efeitos produzidos

por um eventual arco.

Calor e queimaduras Os fabricantes e fornecedores de

tecidos e roupas do tipo FR (Flame

Retardant Retardante de Chama)

tm, cada vez mais, desenvolvido e

disponibilizado solues para sistemas

de EPI com a capacidade de limitar

possveis queimaduras de um usurio

s do tipo ditas de 2 grau, caso o

mesmo seja submetido a um evento de

liberao de energia por arco eltrico.

ondas de presso A onda de presso gerada por uma

exploso devida a um arco eltrico

est relacionada corrente de curto-

circuito e distncia entre o ponto

medido e o arco, no sendo afetada

pelo tempo de eliminao da falha.

Essa onda estabelece foras capazes

de provocar quedas e ferimentos em

um trabalhador, com consequncias, s

vezes, mais srias do que s associadas

a queimaduras. Traumas provocados

por estes eventos podem no ser

diagnosticados facilmente, numa

triagem preliminar, devido ausncia

de ferimentos externos. Dessa forma,

danos ao crebro, pulmes, ouvidos, fgado, bao e

outros rgos humanos podem ocorrer sem uma

evidncia externa clara como aquelas associadas a

queimaduras ou a choques eltricos.

Logo, pelo que foi exposto nos dois tpicos

anteriores, fica clara a importncia do uso de

protees por barreiras fsicas como meio de

mitigar efeitos de um arco eltrico. O uso de

roupas adequadas limita e previne queimaduras

associadas a um arco. Outra abordagem o uso

de barreiras fsicas, propriamente ditas, aplicadas

aos conjuntos de manobra e controle como forma

de reduzir os riscos de queimaduras e de proteo

contra ondas de presso provenientes de um

acidente por arco eltrico.

Notadamente o uso de compartimentao,

tanto em CMC de mdia ou baixa tenso, conforme

as recomendaes presentes nas normas tcnicas

nacionais (ABNT NBR) quanto nas internacionais

(IEC, ANSI/IEEE, NEMA). Outra melhoria o uso de

isolao em todas as partes vivas (onde for possvel)

a fim de reduzir a possibilidade de ocorrncia de uma

falha por arco. tambm uma boa prtica o uso de

elementos extraveis com guilhotinas automticas

isolantes ou metlicas automticas presentes nas

respectivas celas. E, no menos relevante, a adoo

de filosofia do uso de operaes remotas, tanto de

manobra e interveno quanto da movimentao

de partes extraveis ou removveis do conjunto de

manobra e controle.

EXPOSIO AOS EFEITOS DO ARCO ELTRICO

Dentro da NFPA 70E, encontramos pontos

relevantes ao uso de vestimentas anti-arco (Flash Suits):

1. Vestimenta anti-arco um sistema completo

de roupas e equipamentos resistentes a chama

(FR) que recobrem completamente o corpo

humano, com exceo de mos e ps. No conjunto

esto includos cala, casaco e capuz, do tipo usado

por criadores de abelhas, com protetor facial.

2. requerido o uso de capuz anti-arco para os

casos enquadrados como categoria de risco 3 ou

4. Esta condio ocorre quando a energia incidente

calculada para a tarefa maior que 8 cal/cm2.

3. requerido o uso de protetor facial ou capuz

anti-arco para os casos enquadrados na categoria 2.

Esta proteo deve atender o requisito de 8 cal/cm2,

sendo Normalmente que deve proteger

no somente a face do operador, como

tambm a testa, orelhas e pescoo. Isto

se aplica para nveis compreendidos

entre 4 e 8 cal/cm2.

4. Os protetores faciais esto disponveis

na faixa de 10 a 17 cal/cm2. Um capuz

anti-arco requerido, geralmente, para

nveis acima de 10 cal/cm2.

estresse por Calor Os capuzes anti-arco

co brem completamente a cabea

do trabalhador dificul tando a sua

respirao (quando comparado com

a situao sem o capuz). Capuzes

com sistemas de ventilao esto

disponveis e aumentam o conforto

do trabalhador quando comparados

verso sem ventilao, pois:

Facilitam a respirao

Apresentam um efeito de refrigerao

devido presena de corrente de ar fresco

Reduzem a sensao de claustrofobia

Reduzem o embasamento do visor e

o suor nos protetores auriculares

Geralmente, para os nveis

de energia incidente acima de 8 cal/

cm2 so usadas duplas camadas de

tecido tanto para os capuzes quanto

para as roupas resistentes a chama.

Com o uso destas duas camadas, existe o risco de

aumentar o estresse por calor do trabalhador.

Este estresse por calor pode ser minimizado pela

reduo do tempo de uso do EPI. As atividades de

trabalho devem ser planejadas de modo a minimizar

o tempo de exposio ao risco de arco eltrico.

ondas de presso A maioria das vestimentas e capuzes anti-arco

feitas com o objetivo principal de se proteger

a pele do trabalhador contra queimaduras.

Entretanto, fornecem proteo limitada contra os

perigos criados pelas ondas de presso:

Rudo excessivo

Partes e peas lanadas

Asperso de cobre derretido

reduo de visibilidade e destreza O acabamento tpico na cor verde dos

visores de proteo e dos capuzes anti-arco pode

distorcer as cores vistas pelo trabalhador. As cores

mais afetadas so branco, amarelo, vermelho e azul.

O ponto importante nesse caso o fato de estas

quatro cores serem muito utilizadas na sinalizao

de estados e identificao de barramentos em

conjuntos de manobra e controle.

As roupas multicamadas, comum nas vesti-

mentas anti-arco, tambm reduzem a destreza do

trabalhador, diminuem a sua mobilidade e limitam

o alcance de seus braos e o uso das mos.

SOLUES PARA A REDUO DA ENERGIA E MITIGAO DE SEUS POSSVEIS EFEITOS

Um trabalho de avaliao dos riscos associados

a um arco eltrico nos diversos pontos de um

sistema eltrico ir, muito provavelmente, mostrar

pontos com altos nveis de energia incidente. Em

muitos casos, este valor pode passar de 40 cal/cm2.

A escolha de tecnologias complementares

filosofia de segurana nos casos de conjuntos de

manobra e controle cada vez mais determinante

no sucesso em se proteger a vida humana e

preservar os bens materiais associados a uma

instalao. Nos casos em que eles estiverem

associados a altos nveis de energia incidente,

podem-se adotar vrias abordagens para a

reduo destes nveis e a mitigao de seus efeitos,

conforme apresentado a seguir.

Conjuntos de manobra e Controle resistentes aos efeitos de arCo interno Apesar de no representarem uma soluo

definitiva para os problemas de interveno direta

aos compartimentos internos de um conjunto de

manobra e controle, o uso de solues do tipo AR

(Arc Resistant Resistente aos Efeitos de um

Arco Interno), notadamente em mdia tenso,

cada vez mais usado. Esses tipos de CMC fornecem

uma melhoria na segurana dos operadores e do

pessoal circulando nas proximidades. A idia por

trs desses equipamentos redirecionar a energia

de modo a proteger o ser humano prximo. Esta

soluo se enquadra dentro de uma abordagem

do tipo reativa, ou seja, a caracterstica AR surge

como uma reao a um arco interno que j tenha

ocorrido.

Um ponto interessante a se destacar nestes

casos o fato de que, alm de oferecer proteo

aos efeitos trmicos do arco, um CMC AR, graas

aos seus sistemas de exausto, vai ao encontro da

preocupao crescente com as possveis sequelas

criadas por ondas de presso.

Figura 4 CMC-AR com sistema coletor de gases durante o ensaio de verificao dos requisitos IAC

Outro ponto complementar, para o caso de

CMC-AR (IAC), principalmente em mdia tenso,

em que encontramos nveis de energia de arco

maiores, deve ser a preocupao com os gases

que vo surgir em decorrncia do arco. Nenhuma

norma para conjuntos de manobra e controle e

instalaes eltricas, tanto em mdia quanto em

baixa tenso, avalia o possvel escape de gases

txicos provenientes da queima dos materiais

existentes internamente no painel. Da uma forte

urgncia em se considerar a forma de escape de

gases para sua rpida remoo da sala em que se

encontra instalado os equipamentos, evidenciando

a necessidade de uso de dutos para guiar a maior

quantidade possvel desses subprodutos para fora

do ambiente.

Apesar de todas as suas vantagens e possibilidades,

o CMC-AR (IAC) ainda no representa a soluo

definitiva. Isto se deve ao fato de que a grande

maioria dos acidentes em conjuntos de manobra e

controle ocorre quando h interveno neles, ou

seja, com as portas ou anteparos abertos; o que vai

contra a prpria essncia da anlise da adequao

de um equipamento quanto a sua classificao IAC

(Internal Arc Classification Classificao de

Arco Interno).

Figura 5 CMC-AR com sistema coletor de gases (vista do duto de exausto com direcionamento externo)

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Figura 6 CMC-AR, mostrado na figura anterior (vista frontal do sistema)

Figura 7 Operao de movimentao de elemento de manobra extravel

Figura 8 Opo para operao remota de movimentao de elemento de manobra extravel

Figura 9 Modernizao de um CMC para incluso de operaes remotas de movimentao de disjuntor, com a porta frontal fechada (uso de barreira)

Figura 10 Reator limitador de corrente (valor de corrente limitado em 19 kA eficazes) instalado em CCM de baixa tenso

Esta soluo considerada do tipo qualitativo,

visto que no definimos um valor calculado para

reduo obtida na energia incidente.

Conjuntos de manobra e Controle Com limitao dos risCos de oCorrnCia de um arCo eltriCo Muitas das atividades usuais de operao

ou manuteno ocorrem prximas de pontos

focais de energia incidente. Dessa maneira,

muito alm da preocupao de como um CMC

vai se comportar diante de um arco interno, os

profissionais responsveis pela especificao e

fabricao de conjuntos de manobra e controle

devem ter uma abordagem pr-ativa da preveno

das causas de falha e da mitigao dos riscos

associados aos efeitos produzidos pelo arco. No

caso de equipamentos j existentes, mas que

ainda no tenham sido instalados, um processo

de adequao das modificaes pertinentes deve

ser discutido exaustivamente com o fabricante

original e, conforme as possibilidades do projeto

construtivo, permitir alteraes que no afetem

a validade dos ensaios de tipo para as demais

caractersticas (por exemplo: elevao de

temperatura, impulso atmosfrico, etc.).

Segregao de compartimentos, unida-

des e partes de um conjunto de manobra

e controle. Esta abordagem deve ser uma

constante para os projetos novos. No caso de

equipamentos existentes, mas que ainda no

foram instalados, um processo de adequao das

modificaes pertinentes deve ser discutido com

o fabricante original e, dentro das possibilidades

do projeto construtivo, implantado.

a. Uso de Conjuntos de Manobra e Controle de

Mdia Tenso: recomenda-se o uso LSC2B-PM

ou LSC2B-PI. Pela NBR IEC 62271-200, o uso do

termo LSC (Loss of Service Continuity) se refere

categoria de perda de continuidade de servio,

definindo a interao entre compartimentos e

unidades funcionais quando h a abertura de

alguma porta ou barreira de um compartimento

de potncia. Em complemento a esta classificao,

temos a classe de diviso PM que se refere ao uso

de parties metlicas, inclusive para as guilhotinas,

enquanto PI se refere a parties isolantes.

b. Uso de Conjuntos de Manobra e Controle

de Baixa Tenso: tem-se notado uma forte

tendncia no uso do conceito Arc Free, ou seja,

uso de estruturas livres de riscos de ocorrncia

de arco internos. Isso tem sido obtido com o

uso de estruturas com alta compartimentao

(formas de separao mnima 3b, com preferncia

para 4 ou 4b, conforme a NBR IEC 60439-1),

barramentos isolados, conexes isoladas ou

separadas por barreiras e materiais isolantes

com alta resistncia ao fenmeno de rastreio e

compatveis com nveis de isolao necessrios

(distncias de isolamento e de escoamento, alm

da tenso de impulso atmosfrico, condizentes

com a categoria de sobretenso e com o grau

de poluio). Isto vai ao encontro do que est

definido no documento da IEC Technical

Report IEC/TR 61641 (Enclosed low-voltage

switchgear and controlgear assemblies Guide

for testing under conditions of arcing due to

internal fault), cuja segunda edio foi reafirmada

em janeiro de 2008; em que fica clara na seo

3.7 a definio para zonas livres de arco (arc

free zone): parte de um circuito dentro de um

conjunto de manobra e controle em que no

possvel colocar um fio de ignio (para simulao

de arco interno) sem a destruio do material

isolante sobre os condutores.

uso de barreira e dispositivos remotos A movimentao de unidades extraveis com

as portas frontais fechadas ou com barreiras de

interposio oferece proteo mecnica para a

reduo dos impactos trmicos e fsicos gerados

pela ocorrncia de um arco. Nos casos de CMC

com classificao IAC, esta uma forma de

melhorar a eficcia da segurana dos equipamentos,

visto que assim se reduz a possibilidade de se ter

uma parte aberta no seu invlucro. Esta uma

abordagem qualitativa. Uma forma mais segura e

que permite se quantificar o uso de dispositivos

que permitam o afastar o operador do painel

durante estas atividades. Nestes casos, vrios

fabricantes de elementos de manobra ou empresas

especializadas em servios de manuteno tm

ofertado verses com operao remota. Afinal,

um dos elementos importantes na mitigao dos

efeitos de um arco interno manter o elemento

humano fora da zona de risco.

Alm do processo de movimentao remota

dos elementos de manobra, o uso de sistemas de

operao e acesso remoto fator determinante

no aumento da segurana do pessoal de operao

e engenharia, de manuteno ou de proteo.

No passado j se usavam chaves, sinaleiros e

indicadores remotos (por exemplo, por meio

do uso de sinais de 4 mA a 20 mA). Mas, hoje

em dia, graas aos diversos sistemas inteligentes

de proteo e redes de campo, fica muito mais

efetiva a interface remota para a manobra de

dispositivos, leituras de grandezas e diagnsticos

de unidades.

Diminuio dos valores da corrente

presumida de curto-circuito e dos tempos de

interrupo dos dispositivos de proteo a

montante do ponto de interveno

Nesta opo, a reduo dos nveis de energia

incidente procurada pela reduo dos valores

da corrente de curto-circuito disponveis e/

ou diminuio do tempo de resposta das

protees. Esta abordagem envolve muito a

figura do engenheiro de sistemas de potncia, j

que ele dever interagir com o usurio a fim de

entender as necessidades e as particularidades da

instalao, seja ela nova ou existente. O processo

rico em opes e solues. Algumas delas so

comentadas a seguir.

1. Reduo das correntes de curto-circuito:

seguindo esta abordagem, as opes passam por:

a. Uso de reatores limitadores de corrente. Esta

soluo pode ser adotada tanto em projetos

novos (atualmente vrias plataformas usadas na

bacia de Campos possuem esta filosofia) quanto

em modernizaes de instalaes existentes.

b. Uso de sistemas aterrados por resistores de

alto valor hmico. Muito comum em sistemas de

potncia em baixa tenso, visa limitar as correntes

de falha entre os condutores de fase a terra.

Desde que o fator de aterramento do sistema

no gere sobretenses perigosas, representa uma

boa opo j que 75% dos defeitos reportados

so do tipo monofsico (falta a terra).

Aula Prtica

103O Setor Eltrico / Fevereiro de 2009 O Setor Eltrico / Fevereiro de 2009

Figura 11 Sistema instalado em vrios CMCs de baixa tenso, tipo CDC, para quatro plantas petroqumicas na China

c. Uso de disjuntores e fusveis limitadores de

corrente.

d. Uso da filosofia de se manter os disjuntores de

interligao abertos na operao das unidades com

mais de uma entrada (alimentadores das barras no

paralelados).

2. Diminuio dos tempos de respostas das

protees. A soluo tima nesse contexto aliar

reduo dos valores das correntes de curto-circuito

a diminuio dos tempos de reao dos dispositivos

de proteo. Com os sistemas eletromecnicos

convencionais, esta uma tarefa quase impossvel,

ainda mais se levarmos em conta os requisitos

de coordenao e a seletividade dos sistemas de

proteo. No entanto, isso pode ser contornado

com a substituio dos sistemas antigos por unidades

microprocessadas e numricas. Com esta simples

modificao, os tempos de tolerncia entre ajustes

de tempo podem ser reduzidos dos tradicionais

400 ms a 500 ms para faixas de 250 ms a 350 ms, j

que no temos mais o fantasma do overtravel dos

elementos a disco de induo e nem os problemas

com mancais ou freios.

Outra vantagem a melhor resposta, graas a

algoritmos implantados em unidades numricas, diante

de possvel saturao dos transformadores de corrente.

Entretanto, o grande salto foi a ampliao do conceito

de Intertravamento Seletivo por Zonas (ZSI

Zone Selective Interlock), presente j na dcada de

1990 em alguns fabricantes norte-americanos, para

o que hoje se convencionou chamar de Seletividade

Lgica. Este recurso tem sido muito difundido graas

aos rels numricos, que possuem entradas e sadas

digitais associadas aos recursos programveis por meio

de lgica Booleana. Estes dispositivos, mais do que

simples rels, so o que hoje se convencionou chamar

de IED (Intelligent Electronic Device Dispositivos

Eletrnicos Inteligentes).

Estes tipos de rels so capazes de serem

programados e de fazerem processamento de vrias

informaes. Graas a estes recursos, estes dispositivos

permitem que os tempos de respostas diante defeitos

possam ser menores. A idia bsica que, em casos de

faltas com altas correntes, estas unidades possam, por

meio de sinais discretos ou por comunicao via rede,

tomar a deciso de abandonar os ajustes de tempo

que foram definidos pelo estudo de seletividade e

atuar mais rapidamente (na ordem dos 70 ms). Esta

soluo tende a crescer mais ainda com a disseminao

do protocolo IEC 61850 e as mensagens GOOSE.

prtiCas de manuteno segura Alm das j comentadas opes de uso de

recursos que protejam o trabalhador por meio de

barreiras fsicas ou pelo seu distanciamento, existe

a possibilidade de se adotar prticas que ajudem na

reduo dos nveis de energia incidente nas diversas

atividades de manuteno e de operao. Isto

obtido graas adoo de disparadores diretos (no

caso de disjuntores de potncia de baixa tenso) ou

rels secundrios microprocessados que apresentem

a opo de escolha de grupos de ajustes dos valores

das protees. Esta caracterstica permite a um

profissional que tenha que intervir um equipamento

faa uma mudana temporria nos ajustes da proteo,

levando os mesmos para valores mais sensveis

(corrente de partida mais baixa e tempo de resposta

mais rpido das unidades de sobrecorrente).

Tambm claro que um programa de segurana

aliado a instrues e prticas seguras de manuteno

precisam ser definidos e implementados. Nesse

contexto, deve-se atentar para implantao das

etiquetas informando os nveis de energia presente

e as distncias requeridas.

uso de novas teCnologias preditivas Graas aos avanos da tecnologia dos sistemas

de interface e coleta de dados para monitoramento

contnuo, tanto de descargas parciais quanto de

termo grafia, podem-se adotar prticas que evitem a

necessidade de ao direta do ser humano, eliminando

a necessidade de abertura de tampas e portas de

conjuntos de manobra e controle. Tambm o uso

de sistemas de monitoramento em tempo real das

condies da isolao de equipamentos de mdia

tenso reduz a possibilidade de virem a ocorrer falhas

intempestivas, j que uma condio anormal pode ser

identificada muito antes de evoluir para uma falha com

arco.

CONCLUSES A segurana associada a conjuntos de manobra

e controle, tanto em baixa quanto em mdia tenso,

uma atividade que se inicia bem antes e que se

prolonga por toda a vida til de uma instalao eltrica.

Nesse sentido, podemos, seguindo a normalizao

relativa a cada produto, estabelecer algumas diretrizes

bsicas:

Quantificar as cargas com seus perfis e as suas reais

demandas.

Definir as tenses nominais e de operao, segundo

suas disponibilidades.

Definir o tipo de aterramento a ser adotado para

o sistema eltrico.

Identificar as condies do local: ambientais (umidade,

temperatura, poluentes, altitude, etc.) e espaciais (rea

e altura disponveis, acessibilidade, etc.).

Efetuar estudos de engenharia necessrios e de

forma completa e consistente (fluxo de carga, queda

de tenso, curto-circuito, coordenao e seletividade,

aterramento e, principalmente, o nvel de energia

incidente por arc-flash).

Efetuar as anlises de risco. Implantar o programa

de informao dos nveis de energia incidente e

treinamento do uso correto dos EPCs e EPIs.

Definir as filosofias de operao e manuteno.

Preferir o uso de sistemas inteligentes, com redes

de campo, para a operao, monitoramento, coleta

de dados e diagnsticos.

Procurar usar tecnologias mais seguras para o

monitoramento trmico e dieltrico dos sistemas

condutores e de isolao.

Definir e instaurar o programa de segurana em

conformidade com a realidade existente.

Principalmente, CONSCIENTIZAO.

REFERNCIAS[1] Electrical Safety Requirements for Employee Workplaces, NFPA 70E-2004.[2] IEEE Guide for Perfoming Arc-Flahs Harzard Calculations, IEEE Std 1584 - 2002.[3] NBR IEC 62271-200. Conjuntos de manobra e controle

em invlucro metlico para tenses acima de 1 kV at e inclusive 36,2 kV. ABNT; 2007.

[4] NBR IEC 60439-1, Conjuntos de manobra e controle

de baixa tenso Parte 1: Conjuntos com ensaio de tipo

totalmente testados (TTA) e conjuntos com ensaio de tipo parcialmente testados (PTTA), ABNT; 2004.[4] NR 10: Norma regulamentadora N. 10: Segurana em instalaes e servios em eletricidade. Ministrio do Trabalho e Emprego Governo Federal do Brasil.

[5] William Vilcheck, et.al. Practical Methods in Reducing the Dangerous Arc Flash Hazard in Large Industrial Facilities. IEEE IAS Magazine, May-June 2006.

[6] Steve J. Swencki, et.al. Electrical Safety, Arc Flash Hazards

and the Standards A Comprehensive Overview, IEEE Paper

PCIC-2005-39.

[7] Michael Hodder, et al. Arc Flash Hazard Calculations Myths,

Facts and Solutions. IEEE IAS Magazine, Jan-Feb 2007.

[8] IEEE Recommended Practice for Protection and Coordination, IEEE Std 242 2001 (Buff Book).

[9] IEEE Guide for Testing Metal-enclosed Switchgear rated up to

38 kV for Internal Arcing Faults, ANSI/IEEE Std C37.20.7 2007.

David D. Shipp, William S. Vilcheck, Frank J.

Angelini e Luiz Felipe O. Costa so membros do

IEEE e engenheiros da EATON.

Este artigo foi apresentado no II Petroleum and

Chemical Industry Conference Brasil (II PCIC BR)

entre os dias 16 e 17 de setembro de 2008.

102Aula Prtica