capítulo v - osetoreletrico.com.br · os equipamentos de proteção individuais (epi) e coletivos...
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52O Setor Elétrico / Maio de 2010
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Luiz Felipe Costa e Rogério Barros*
Açõesquegarantamumamaiorsegurançaparaoempregadonoseuambientedetrabalhotêmse
popularizadonosúltimosdezanos.Naáreadeeletricidade,esseprocessotemacontecido,sobretudo,após
apublicaçãodasegundaversãodaNormaRegulamentadoranº10,em2004,aNR10,quedispõesobre
medidasdecontroleesistemaspreventivosaseremimplantadosparagarantirasegurançaeasaúdedo
trabalhadoreminstalaçõeseserviçosdeeletricidade.
Considerandoarelevânciadotema,desde2003,éorganizadonoPaísoSeminárioInternacionalda
EngenhariaElétricanaSegurançadoTrabalho(ElectricalSafetyWorkshop),oESWBrasil,emquesão
apresentadostrabalhosdesenvolvidossobreoassuntoporprofissionaisepesquisadoresdaárea.Osartigosque
compõeessesfascículosde“Segurançadotrabalhoemeletricidade”foramselecionadosdentreostrabalhos
apresentadosnoúltimoESW,realizadoentreosdias22e24desetembrode2009emBlumenau(SC).
Comacrescenteconscientização,nosdiversossegmentosindustriais,dosriscosassociadosaostrabalhos
emeletricidade,existetambémacrescentepreocupaçãocomousodeconjuntosdemanobraecontrole,
tantoembaixaquantomédiatensão.Arealidadeatualéqueaespecificaçãoeaoperaçãodosconjuntosde
manobraecontroledepotência(CMCP),taiscomoCentrosdeControledeMotores(CCM)eCentrosde
DistribuiçãodeCargas(CDC),noqueserefereàssuascaracterísticaseaplicações,aindarepresentamuma
zonanebulosaparaamaioriadosusuários.Muitosprofissionaisaindaempregamcomocritériosúnicosde
projetoosníveisdetensõesecorrenteselétricasoperacionaisdaaplicação.
Acadadia,osprofissionaisdaáreaelétricaestãose
deparando com novos desafios, provenientes dos altos
valoresde energia incidente, liberadaemdescargaspor
arcoselétricos,queestãoassociadasaatividadesqueeram,
antes,consideradasderotina.E,dentrodestecontexto,um
Conjunto de Manobra e Controle de Potência (CMCP)
podemuitas vezes estar posicionado em um ponto do
sistemaelétricocomaltosníveisdeenergia.
Muitos setores já reconhecem a real importância
da identificaçãoedaprevençãodos riscosassociadosà
ocorrênciadearcoselétricos.Porcontadisso,percebe-se
a necessidade de se quantificar os níveis existentes
de energia incidente no ponto da instalação e de se
estabelecerosprogramasdesegurançaque,entreoutros
pontos,envolveousodeetiquetasinformativasdosvalores
deenergiapresente,distânciasdesegurançaeascategorias
derisco,conformelistadonaNFPA70E(daNationalFire
Protection Association, a associação responsável pelas
normasderegulamentaçãoemsegurançadeconstruções,
instalaçõeselétricaseprevençãodeincêndiosnosEstados
Unidos),quedeveconsiderarosrequisitosespecíficospara
osequipamentosdeproteçãoindividuais(EPI)ecoletivos
(EPC)paraarealizaçãodetrabalhodeintervenção.
No entanto, muitas vezes os valores encontrados
se mostram incompatíveis com condições seguras de
trabalho.Emoutraspalavras,aabordagemdoproblema
não se encerra simplesmente como fimdo cálculo da
energiaincidenteeaconsequentecategoriaderiscoem
que se enquadram os requisitos de um EPI ou EPC.O
conhecimentodoestadodaartedeprojetoedeusode
conjuntos demanobras e controle de potência permite
diminuir as chances de ocorrência de arcos internos
e mitigar os seus possíveis efeitos, aumentando as
probabilidadesdesalvaguardaravidahumana.
Capítulo V
Segurança humana e patrimonial diante de descargas de energia por arco elétrico em conjuntos de manobra e controle de potência
53O Setor Elétrico / Maio de 2010
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Têm-se, atualmente, opções disponíveis para a melhoria das
condiçõesdesegurançacomareduçãodosníveisdeenergiaincidente,
especialmentenoscasosemqueestesvaloresseencontramacimade
40cal/cm².Entreelas,podemoscitar:
•Usodeconjuntosdemanobraecontroledepotênciacomconstrução
resistenteaosefeitosdevidosaumarcointerno;
•Usodeconjuntosdemanobraecontroledepotênciacomlimitação
dos níveis de energia associados a um arco elétrico, por filosofia
predefinidadalimitaçãodecorrentesdefalhaoupelousodedispositivos
redutoresdeníveisdeenergiarelacionadaaarco;
•Usodeconjuntosdemanobraecontroledepotênciacomsegurança
aumentadapelousodetécnicasdereduçãoderiscodeacidente,por
meiodalimitaçãodepossíveiscausasdearcointerno;
• Modificações nas filosofias e sistemas de proteção contra
sobrecorrente;
• Uso de monitoramento contínuo e ferramentas de diagnóstico
preditivo;
•Adoçãodepráticassistematizadasdemontagem,comissionamentoe
manutençãodeequipamentoseinstalações.
Cenário atual A própria definição de risco dos perigos de descarga por arco
elétrico apresentada pela NFPA indica que esta é “uma condição
perigosa associada à liberação de energia causada por um arco
elétrico”.Assim, toda a abordagem desenvolvida pelos documentos
NFPA70E-2009eIEEEStd1584-2002sefocanoconceitodeenergia
enocálculodequantificaçãodesuapartetérmica.Ouseja,aanálise
seconcentranocalorqueestáassociadoàenergia liberadaquando
ocorreumeventodearcoelétrico.Sendoqueaenergiaincidenteem
umpontoédefinidacomosendo“aquantidadedeenergiaimpostaem
umasuperfície,acertadistânciadafonte,geradaduranteaocorrência
deumarcoelétrico”.
Assim, seguindo-se esta abordagem, os estudos visam, primeiro,
determinaroníveldeenergiatérmicaemcal/cm²e,então,enquadrá-lo
emumaclassificaçãodonívelderiscoqueexisteparaosprofissionais
queestarãoexpostosduranteasatividadeseosserviçosassociados,de
modoasedefinirasmedidasnecessáriasparasemaximizarasegurança
humanaepatrimonial.
ParasedefiniraaplicaçãodeumCMCPeosníveisreaisdeenergia
disponívelnopontodeusodoequipamentoeassuaspossíveiscausas,
énecessáriodesenvolverduasetapasdeestudosdeengenharia.
Aprimeiraetapaestáassociadaaoarranjodosistemaelétricoem
função das necessidades domesmo e da interação, ou não, com a
concessionáriadeenergia:
•Definiçãodafilosofiadeoperaçãoaserusadanosistema(acoplamento
comaconcessionárialocal,geraçãoindependente,cogeração,ouso
dedisjuntoresdeinterligaçãofechadosdemodopermanenteounão,
a aplicação permanente ou temporária de reatores limitadores de
corrente,etc.);
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e •Estudosdefluxodecarga(parasevalidaraspossíveisconfiguraçõesa
seremusadasnosistemaelétrico,entreoutros);
•Cálculodasquedasdetensãodevidasàpartidadegrandesmotores
(paraidentificarrequisitosderearranjodosistemaelétricooualteração
deespecificaçãodeequipamentosoudosníveisdetensãousadosna
instalação).
Asegundaetapaestáassociadaàdeterminaçãodascorrentesde
faltaeosrespectivostemposdeeliminação:
• Cálculo dos valores máximos e mínimos das correntes de curto-
circuito,tantoostrifásicosquantoosmonofásicos,conformeaspossíveis
configuraçõesdeoperação;
•Estudosdecoordenaçãoeseletividadedosistemadeproteção.
Somente então pode-se iniciar a análise da energia incidente
edosmétodosquepodemseradotadosparaasuaprevençãoea
mitigaçãodeseusefeitos.Assimsendo,todavezquefordefinidaa
necessidadedeumtrabalhadoratuardentrodeumazonaqueestá
sujeitaaosefeitosdeumadescargaelétrica,énecessáriaaanálisede
riscosdearcoelétrico.
Comosvaloresestimadoscombasenaatividadeaserexercida(pelo
usodetabelas,comoasfornecidaspelaNFPA)ouobtidospormeiode
cálculos,sãodefinidasascategoriasderiscosconformefaixasdevalores
dosníveisdeenergiaincidente.Assim,seguindo-seumadiretrizdese
preveniroulimitarosferimentos(comoqueimadurastratáveislimitadas
àsde2ºgrau)aoserhumano,sãodefinidasasvestimentasapropriadas,
sejamEPIsouEPCs,alémdaspráticasedistânciassegurasdetrabalho
paraolocalemqueaatividadeseráexercida.
Apesar de tanto a NR 10 quanto a NFPA 70E estabelecerem
distâncias mínimas para evitar a eletrocussão (choque elétrico)
provocada por um arco estabelecido no ar em condições de
perturbação deste dielétrico, os valores não englobam os efeitos
resultantesdaenergiadeumarcoelétrico.Ofatoéqueadistância
mínimaparaproteçãocontraos efeitosdeumarco elétricopode
sermaioroumenordoqueadefinidaparazona livredechoque
elétrico.Daíanecessidadedeseadotarapráticadeanálisederiscos
associadosaosperigosdeumarcoelétrico.
A Tabela 1 apresenta resumidamente os requisitos básicos das
vestimentasaseremusadasemserviçosdeeletricidade.
Tabela 1 CaTegorias de risCos (Com o valor limiTe da faixa de energia inCidenTe) – requisiTos para vesTimenTas, segundo a edição de 2009 da nfpa 70e
Categoriasderisco(HRC)
0
1
2
3
4
EnergiaincidenteCal/cm²(J/cm²)
N/A
4(16,74)
8(33,47)
25(104,6)
40(167,36)
Ref.:NFPA70E(tab.130.7(C)(11))
Requisitosdevestimentaemfunçãodaenergiaincidenteedacategoriaderiscos
Materialinflamável,masquenãoderreta.(Ex:algodãonãotratado).
CamisaFRecalçaFRoucapaFRparaaHRC.
CamisaFRecalçaFRoucapaFRparaaHRC.
CamisaFRecalçaFRoucapaFRparaarcoconformeaHRC.
CamisaFRecalçaFRoucapaFRparaarcoconformeaHRC.
Nota:FR=FlameResistant,ouseja,materialresistenteàchama.
Apartirdocálculodeenergiaincidenteseestabelecetambémo
valordoraiodealcance,emmetros,dazonaderiscodeexposiçãoao
nívelcalculadoparaestaenergiaperigosa.Quantoaoraiodealcance
da zonade risco, é interessanteobservar queo focode análise se
encontracentradonaexposiçãodiretadaspartesenergizadas,sema
interposiçãodebarreiras.Emoutraspalavras:ousodebarreirasfísicas,
que sejammecanicamente resistentes e que também atendam aos
requisitosdesegurança,eliminaasexigênciasdedistânciasmínimas
relativasaochoqueelétricoeenergiaincidente.
A energia incidente em um ponto, proveniente de um arco
elétrico,dependefundamentalmentedosseguintesfatores:
•Correntedefaltapresumidanoponto;
•Tempodeeliminaçãodafaltaparaascondiçõesdearco;
•Distânciaentreotrabalhadorepontodearco.
Outros fatores que afetam também os níveis disponíveis de
energiaemumpontosão:
•Tensãodeoperação;
•Distânciaentreeletrodos;
•Tipodeaterramentodoneutrodosistemaelétrico.
Partindo dos pontos citados, em uma primeira abordagem,
umprofissionalpoderiaserlevadoacrerqueoslocaiscommaior
risco para trabalho em equipamentos energizados são aqueles
que apresentam valores altos de curto-circuito e tempos totais
de interrupção altos. Poréma realidade émais complexa e exige
outroscuidados.Porexemplo,umafalha,quevenhaaocorrerentre
os terminais secundários de um transformador e o elemento de
manobraeproteçãoajusante,deveserdetectadaeeliminadapor
suaproteçãonoprimário.
Nesta condição, para unidades ou bancos trifásicos ligados
em“triângulo–estrelaaterrado”,nocasodeumafaltafase-terra,
haverá valores reduzidos de corrente de curto-circuito refletidos
noprimárioque,emfunçãodaproteçãoadotada,podenoslevar
a registrar tempos altos de resposta na eliminação da falha. Por
exemplo,umfusívelprimárionestecontextopodeviratertempos
maioresde interrupçãoqueumsegundo;oquenos levariaa ter
valoresdeI2t(energia)queiriamcomprometerasegurança.
Por fim, existe o fato de termos, devido aos ajustes que são
adotadosparaacoordenaçãoeseletividadedasproteções,tempos
deeliminaçãodefaltascomvalorescadavezmaisaltos,àmedida
quenosaproximamosdoponto inicialda instalação (entradada
concessionária,ramalprincipaldealimentação,etc.).
Energia liberada por um arco elétrico O perigo associado à liberação intempestiva de um arco
elétricoémuitogrande.Umprofissionalexpostoaosriscosdetal
eventoencontra-sesujeitoàsdiversasformasdeenergialiberadas
peloarco. Elas vãoalémda térmicae incluem tambémdiversos
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e tiposcomo:elétrica,acústica,química,mecânicaeporradiação,
sendoquetodassemanifestamdealgumaformafísica:
•Calorintenso;
•Liberaçãodegasesenuvenstóxicas;
•Lançamentodepartesepeças;
•Projeçãodemateriaisderretidos(aço,cobre,alumínio,etc.);
•Barulhoexcessivo(existemregistrosdeníveisderuídoacimade
120dB)provocadopelaexpansãosupersônicadoar;
• Ignição de produtos circundantes, tais como: poeiras, gases e
vaporesinflamáveis;
•Ondasdepressão;
•Luminosidadeintensa.
No que diz respeito aos conjuntos de manobra e controle,
deve-seatentarparaofatodequeagrandemaioriadosacidentes
ocorremquandoháintervençãonosequipamentos,ouseja,com
asportasouanteparosabertos;oquevaicontraaprópriaessência
da análise da adequaçãodeumconjuntodemanobra quanto a
sua classificação IAC (do inglês, InternalArcClassification). Este
fatoéreforçadonaabordagemdasnormalizaçõesANSIeIECtanto
em conjuntos de média quanto de baixa tensão. Isso porque a
verificaçãodesuportabilidadedosefeitosdeumarcointernonãoé
obrigatóriaeestásujeitaaumacordoentreusuárioefabricante.
Émuitoimportantelembrartambémquemuitasatividadesde
operaçãoeagrandemaioriadasdemanutençãoocorrem,defato,
muito próximas ao ponto focal de energia incidente. Em outras
palavras,asatividadesfeitascomportasabertasoucombarreiras(a
exemplodetampasecoberturas)removidas.Fatoestequeinvalida
todaaanáliseeoresultadogeradopelodesempenhoobtidonos
ensaios descritos nas normas relativas aos tópicos do parágrafo
anterior.
Sendo assim, muito mais do que a preocupação de como
um conjunto de manobra e controle deve se comportar diante
deumeventodearcointerno,oqueprecisaexistirporpartedos
responsáveis pela especificação e fornecimento de conjuntos de
manobra e controle é uma abordagemefetiva da prevençãodas
causas de falha e da mitigação dos riscos de exposição de um
trabalhadoraosefeitosproduzidosporumeventualarcocomporta
abertaouausênciadetampasouanteparo.
Soluções para a redução da energia e mitigação de seus
possíveis efeitos
Um trabalho de avaliação dos riscos associados a um arco
elétrico nos diversos pontos de um sistema elétrico irá, muito
provavelmente, mostrar pontos com altos níveis de energia
incidente.Emmuitoscasos,estevalorpodepassarde40cal/cm².
A escolha de tecnologias complementares à filosofia de
segurança nos casos de conjuntos de manobra e controle de
potênciaécadavezmaisdeterminantenosucessoemseproteger
a vida humana e preservar os bens materiais associados a uma
instalação.Noscasosemqueosmesmosestãoassociadosaaltos
níveisdeenergiaincidente,podem-seadotardiversasabordagens
paraareduçãodestesníveiseamitigaçãodeseusefeitos,conforme
apresentadoaseguir.
Conjunto manobra e controle resistente aos efeitos de um arco interno
Soluções do tipoAR (Arc Resistant, em português, resistente
aosefeitosdeumarcointerno)sãocadavezmaisusadasemmédia
tensão, sobretudopela IAC,do inglês InternalArcClassification,
conforme a IEC 62271-200 e aNBR equivalente. Estes tipos de
CMCP fornecem uma melhoria na segurança dos operadores e
do pessoal circulando nas proximidades.A ideia por trás destes
equipamentos é redirecionar a energia, de modo a proteger o
ser humano próximo. Esta solução se enquadra dentro de uma
abordagemdotiporeativa.Ouseja,acaracterísticaARsurgecomo
umareaçãoaumarcointernoquejátenhaocorrido.
Ummodo de visualizarmos o quanto os CMCPs que sejam
resistentesaosefeitosdearcointernopodemproporcionardeganho
em termosde segurançahumanaépormeiodacomparaçãode
comoanormaNFPA70Eemsuatabela130.7(C)(9),queclassifica
acategoriaderiscodecertasatividadesrelativasaosconjuntosde
manobraecontrolecomtensõesentre1kVe38kV.Umextratode
partedatabelamencionadaéapresentadoaseguir.
Nestematerialépossívelsecompararoníveldacategoriade
riscoaserconsideradoparaatividadespredefinidas,quandoexistir
aausênciadoestudopréviodeanálisedeenergiaincidente.Como
esta tabela foi criada originalmente para o universo das normas
NFPA,ANSI,IEEEeNEMA,sãoutilizadosostermosmetalcladearc
resistant.Oprimeirotermo,definidopelosrequisitosedefinições
danormaIEEEC37.20.2,podeserassociadoàclassificaçãoLSC-2B
/PMdaIEC62271-200edaNBRequivalente.Jáosegundotermo,
quetemassuasorigensnaIEEEC37.20.7,estádiretamenteligado
àclassificaçãoIAC,doinglêsInternalArcClassification.
Tabela 2exTraTo da ClassifiCação da CaTegoria de risCo (HrC) Conforme a aTividade a
ser desempenHada no Caso de falTa do esTudo Com a análise de energia inCidenTe disponível no loCal (fonTe: Tabela 130.7(C) (9) da nfpa 70e / 2009)
TiposdeatividadeOperaçãododisjuntorcomaportaabertaOperaçãododisjuntorcomaportafechada
MovimentaçãododisjuntorcomaportaabertaMovimentaçãododisjuntorcomaportafechada
MovimentaçãodagavetadeTPscomaportaabertaMovimentaçãodagavetadeTPscomaportafechadaAberturadeportascomexposiçãodepartesvivas
Remoçãodecoberturasaparafusadascomaexposiçãodepartesvivas
Metal-clad42444434
ArcResistantN/A04040N/AN/A
Umpontointeressanteasedestacarnestescasoséofatode
quealémdeoferecerproteçãoaosefeitostérmicosdoarco,um
CMCP–AR,graçasaosseussistemasdeexaustão,vaideencontro
àpreocupaçãocrescentecomaspossíveis sequelascriadaspor
ondasdepressão.
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Outro ponto complementar para o caso de CMCP-AR (IAC),
principalmente em média tensão, em que encontramos níveis de
energiadearcosmaiores,deveserapreocupaçãocomosgasesque
vãosurgiremdecorrênciadoarco.Nenhumanormaparaconjuntosde
manobraecontroleeinstalaçõeselétricas,tantoemmédiaquantoem
baixatensão,avaliaopossívelescapedegasestóxicosprovenientesda
queimadosmateriaisexistentesinternamentenopainel.Daíumaforte
urgênciaemseconsideraraformadeescapedegasesparasuarápida
remoçãodasalaemqueosequipamentosestãoinstalados,ficando
claraanecessidadedousodedutosparaguiaramaiorquantidade
possíveldestessubprodutosparaforadoambiente.
Apesardetodasassuasvantagensepossibilidades,oCMCP-AR
Figura 1 – CMCP-AR com sistema coletor de gases durante o ensaio de verificação dos requisitos IAC.
(IAC)aindanãorepresentaasoluçãodefinitivaparaosproblemasde
intervençãodiretaaoscompartimentosinternos.Issosedeveaofato
dequeagrandemaioriadosacidentesemconjuntosdemanobrae
controleocorrequandoháintervençãoneles,ouseja,comasportas
ouanteparosabertos.Estasoluçãoéconsideradadotipoqualitativo,
vistoquenãodefinimosumvalorcalculadoparareduçãoobtidana
energiaincidente.
Conjunto manobra e controle com limitação dos riscos de ocorrência de um arco elétrico
Conformejámencionadoanteriormente,muitasdasatividadesusuais
deoperaçãooumanutençãoocorrempróximasdepontosfocaisde
energiaincidente.Sendoassim,muitoalémdapreocupaçãodecomo
umCMCPvaisecomportardiantedeumarcointerno,osprofissionais
responsáveispelaespecificaçãoefabricaçãodeconjuntosdemanobra
e controle devem ter uma abordagem pró-ativa da prevenção das
causas de falha e da mitigação dos riscos associados aos efeitos
produzidospeloarco.TantooanexoAdaIEC62271-200quantoo
anexoBdaIEEEC37.20.7procuramdescreveraspossíveiscausasda
ocorrênciadeumarcointernoeaspossíveismedidaspreventivas.
I. Limitação das causas de falha interna
Segregaçãodecompartimentos,unidadesepartesdeumconjunto
demanobraecontroledepotência. Estaabordagemdeve seruma
constante para todos os projetos novos. Sendo que, no caso de
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e equipamentosexistentes,masqueaindanãotenhamsidoinstalados,
um processo de adequação das modificações pertinentes deve
serdiscutidocomo fabricanteoriginal e implementadodentrodas
possibilidadesdoprojetoconstrutivo.
Emque:
1.Compartimentodecontrole(BT);
2.Dispositivosdealíviodepressão(flaps);
3.Compartimentodebarras;
4.Compartimentodeelementoprincipaldemanobra;
5.Disjuntorextraível;
6.Transformadoresdecorrente(TCs);
7.Compartimentodecabos;
8.Chavedeaterramento;
9.Guilhotinas(shutters).
• A)Usodeconjuntosdemanobraecontroledemédiatensão:
Recomenda-se o uso LSC2B-PMou LSC2B-PI. Em casos de cargas
terminais,comoaalimentaçãodemotores,podem-seadotarsistemas
comcaracterísticasLSC2A,desdequeseadotemmedidassegurasde
descargasdepossíveis tensõesresiduaisnoscircuitosdesaída.Pela
NBRIEC62271-200,ousodotermoLSC(doinglês,LossofService
Continuity)serefereàcategoriadeperdadecontinuidadedeserviço,
definindo qual é a interação entre compartimentos e unidades
funcionaisquandoocorreaaberturadealgumaportaoubarreirade
umcompartimentodepotência.
Emcomplementoaestaclassificação,temosaclassededivisão
PM que se refere ao uso de partições metálicas, inclusive para
as guilhotinas; enquanto PI se refere a partições isolantes. Aqui é
interessanteressaltarqueosrequisitosconstrutivosparaumconjunto
demanobrademédiatensãodotipometal-clad,conformeanorma
ANSIC37.20.2,(IEEEStandardforMetal-cladSwitchgear)etãocomuns
emdiversas instalações existentes, se enquadra na classificaçãodo
tipoLSC2B-PM.
Os requisitos construtivos descritos na norma ANSI são tão
restritivos e exigentes no que se refere à abordagem da segurança
humanaepatrimonialque,de fato,muitasespecificações técnicas,
apesardeteremassuasorigensbaseadasnaculturaIEC,demandamo
usoadicionaldealgumascaracterísticasconstrutivasmencionadasna
referidanormaC37.20.2.Comoexemplo,podemoscitarasbarrase
conexõesisoladas,aseparaçãodocompartimentodebarrasprincipais
entreseções(colunas)adjacentesporbarreirasmetálicascombuchas
depassagens,etc.
• B)Usodeconjuntosdemanobraecontroledebaixatensão:
Tem-se notado uma forte tendência no uso do conceitoArc Free,
ouseja,nousodeestruturaslivresderiscosdeocorrênciadearcos
internos. Isso tem sido obtido com o uso de estruturas com alta
compartimentação(formasdeseparaçãomínima3b,compreferência
para4aou4b;conformeaNBRIEC60439-1),barramentosisolados,
conexõesisoladasouseparadasporbarreirasemateriaisisolantescom
altaresistênciaaofenômenoderastreioecompatíveiscomníveisde
isolaçãonecessários(distânciasdeisolamentoedeescoamento,além
da tensãode impulsoatmosférico,condizentescomacategoriade
sobretensãoecomograudepoluição).
IssovaideencontroaoqueestádefinidonodocumentodaIEC
TechnicalReportIEC/TR61641(Enclosedlow-voltageswitchgearand
controlgearassemblies–Guidefortestingunderconditionsofarcing
duetointernalfault),cujasegundaediçãofoireafirmadaemjaneiro
de2008;emqueficaclaronaseção3.7adefiniçãoparazonaslivres
dearco(arcfreezone):partedeumcircuitodentrodeumconjunto
demanobraecontroleondenãoépossívelcolocarumfiodeignição
(parasimulaçãodearcointerno)semadestruiçãodomaterialisolante
sobreoscondutores.
II. Redução dos níveis de energia associada a um arco
interno
Adoção em conjuntos de manobra e controle de potência de
sistemasquediminuamouminimizemoníveldeenergialiberadapor
umarcointerno.Esteconceitoestárelacionadoàrápidadetecçãoda
ocorrênciadeumarcointernoeàsuaeliminação.Adetecçãomais
efetiva atualmente é feita apartir da sensibilizaçãoprovocadapela
presençadealtosníveisdeluminosidadedentrodeumcompartimento
emqueestejaocorrendoumarcoelétrico (porusodefibrasóticas
contínuas ou detectores pontuais de luz), associada sempre que
possível aos níveis de corrente do respectivo circuito oriundos dos
sinais deTC, que, por sua vez, alcancem valores superiores a um
patamarpré-ajustado.Adiminuiçãodotempodearcoficaassociada
àrespostadeumdosseguintessinais:
a.Aberturadointerruptoramontantedopontodedefeito:
Oarcoiráperdurarenquantoointerruptornãoabrir.
b. Fechamento de dispositivo trifásico de curto-circuito pleno do
barramentodealimentaçãododefeito(crossbar):
O arco é “substituído” por um curto-circuito franco e,
consequentemente,extintodeformaimediata(afaltaétransferidadeuma
condiçãodearcoparaumafalhasólida,emtemposmuitopequenos,da
ordemde2a4milissegundos).Cabeaosistemadeproteçãogarantira
aberturadacorrentedecurto-circuitoassociadaaestafaltaplena.Porém,
estaopçãopreocupaousuáriopeloestressequeéimpostoprincipalmente
aotransformadorqueestáamontantedoCMCP.
Figura 2 – Compartimentos básicos de um CMCP de MT.
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Apoio
Uso de dispositivos removíveis e extraíveis Ousodedispositivosremovíveiseextraíveisaumentaemmuito
a possibilidade de uma intervenção segura, tanto no elemento
de manobra propriamente dito, quanto no circuito à jusante do
elemento (quando se tem garantido distâncias de seccionamento,
conforme requeridoemnorma). Sendoqueaoperaçãode retirada
do elemento tem de estar, obrigatoriamente, associada à presença
deintertravamentosdesegurançaquegarantamamovimentaçãodo
elementosomentequandoomesmoestiverdesenergizadoepermitir
sua operação apenas em posições previamente definidas (como
“inserido”,“teste”ou“extraído”).Omotivodestasexigênciaséevitar
aformaçãodearcoentreterminaisdesconectáveisnamovimentação
deunidadesqueestejamligadasacircuitosqueestãoenergizados.
Uso de barreira e dispositivos remotos Amovimentação de unidades extraíveis com as portas frontais
fechadas ou com barreiras de interposição oferece a proteção
mecânica para a redução dos impactos térmicos e físicos, gerados
pelaocorrênciadeumarco.NoscasosdeCMCPcomaclassificação
IAC,estaéumaformademelhorarsuaeficáciadasegurança,visto
queassimsereduzapossibilidadedeocorreraberturadeumaparte
doinvólucrodoequipamento.Estaseriaumaabordagemdecaráter
qualitativo.
Uma forma mais segura e que permite se quantificar, já que
seriabaseadanoparâmetrodedistância,éousodedispositivosque
permitamafastarooperadordopainelduranteestasatividades.Nestes
casos, vários fabricantes de elementos de manobra ou empresas
especializadasemserviçosdemanutençãotêmofertadoversõescom
operaçãoremota.Afinal,umdoselementosimportantesnamitigação
dosefeitosdeumarcointernoémanteroelementohumanoforada
zonaderisco.
Figura 3 – Opção para operação remota de movimentação de elemento de manobra extraível (permitindo ao operador se posicionar fora da zona de risco de arco)
Além do processo de movimentação remota dos elementos de
manobra, o uso de sistemas de operação e acesso remoto é fator
determinante no aumento da segurança do pessoal de operação e
engenharia, demanutenção ou de proteção.No passado já se usava
chaves, sinaleiros e indicadores remotos (por exemplo, por meio do
usodesinaisde4mAa20mA).Mas,hojeemdia,graçasaosdiversos
sistemasinteligentesdeproteçãoeredesdecampo,ficamuitomaisefetiva
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e ainterfaceremotaparaamanobradedispositivos,leiturasdegrandezase
diagnósticosdeunidades
Diminuição dos valores da corrente presumida de curto-circuito e dos tempos de interrupção dos dispositivos de proteção a montante do ponto de intervenção
Nessaopção,areduçãodosníveisdeenergiaincidenteébuscadapor
meiodareduçãodosvaloresdacorrentedecurtos-circuitosdisponíveis
oupeladiminuiçãodotempoderespostadasproteções.Estaabordagem
envolvemuitoafiguradoengenheirodesistemasdepotência,jáqueele
deveráinteragircomousuárioafimdeentenderasnecessidadeseas
particularidadesdainstalação,sejaelanovaouexistente.Oprocessoé
ricoemopçõesesoluções.Sendoalgumasdelascomentadasaseguir.
I. Redução das correntes de curto-circuito
Seguindo essa abordagem, as opções passam por:
•A)Usodereatoreslimitadoresdecorrente
Estasoluçãopodeseradotadatantoemprojetosnovosquantonas
modernizaçõesdeinstalaçõesexistentes.Porém,deve-sesempreavaliaro
impactodestaopçãodiantedosestudosdequedadetensãoempartidas
degrandesmotores.Estetipodeabordagemvemsendomuitoutilizada
em CCM de baixa tensão em unidades marítimas de prospecção e
produçãodepetróleo,limitando,emalgunscasos,ovalorsimétricoda
correntedecurto-circuitotrifásicoa18kAeficazes.
•B)Usodesistemasaterradosporresistoresdealtovalorôhmico
Muitocomumemsistemasdepotênciaembaixatensão,visalimitar
ascorrentesdefalhaentreoscondutoresdefaseaterra.Desdequeofator
deaterramentodosistemanãogeresobretensõesperigosas,representauma
boaopçãojáque,pelomenos,75%dosdefeitosreportadossãodotipo
monofásico(faltaaterra).Estaopçãodefilosofiadeoperaçãodosistema
temdeestaremlinhacomadeterminação,peloengenheirodeestudos
desistemasdepotência,dosvaloresdesobretensãoqueirãoocorrer,pois
conformeocasopodesernecessárioadotarequipamentoscomisolação
aumentada(capazdetrabalharemcondiçõesdesobretensão).Alémdese
teremmentequeapenasoprimeirodefeitoaterraé“porcontadacasa”(o
valorélimitadobasicamentepeloresistor).Mas,casoocorraumasegunda
falha,a terraqueenvolvaumafasediferentedaprimeira,acorrentede
curto-circuitofase-faseteráumvalorsuperioraonívelanterior,comum
aumentodaenergiaincidentecorrespondenteaospontosdedefeito.
Figura 4 - Sistema instalado em vários CMCs de BT, tipo CDC, para quatro plantas petroquímicas na China.
• C)Usodedisjuntoresefusíveislimitadoresdecorrente
Sendoqueaquiomaiorcuidadoasertomadoéqueomenorvalor
damenorcorrentedecurto-circuitopodeviraficarforadaregião
delimitação,oque,porconseguinte,representaumtempomaior
paraaextinçãododefeito.Nestecaso,otempodearconoponto
defalhapode,apesardomenorvalordecorrente,levaraumnível
altodeenergiaincidente.
• D)Usodafilosofiadesemanterosdisjuntoresdeinterligação
abertos na operação das unidades com mais de uma entrada
(alimentadoresdasbarrasnãoparalelados)
Se for de todo inviável, pelo menos considerar a possibilidade
de uso de filosofias de manutenção que permitam abertura do
paralelismo durante intervenções como uso ou não de reatores
limitadoresdecorrenteemparalelocomodisjuntordeinterligação
(com o equipamento fechado o reator está “fora”, mas com o
mesmosendoinseridonosistemacomaaberturadoelementode
manobra).Estaopçãolevaapossibilidadedereduçãodaenergia
incidentee,consequente,reduçãodosrequisitosdeEPIouEPC.
II. Redução dos tempos de interrupção
Seguindo esta abordagem, as opções passam por:
•A)Diminuiçãodostemposderespostasdasproteções
Asoluçãoótimanestecontextoéaliaràreduçãodosvalores
dascorrentesdecurto-circuitoadiminuiçãodostemposdereação
dos dispositivos de proteção. Para os sistemas eletromecânicos
convencionais, tais tarefas são quase impossíveis, aindamais se
levarmos em conta os requisitos de coordenação e seletividade
dossistemasdeproteção.Porémissopodesercontornadocoma
substituiçãodos sistemasantigosporunidadesmicroprocessadas
deproteção(relésnuméricos).
Comestasimplesmodificação,ostemposdetolerânciaentre
ajustesdetempopodemserreduzidosdostradicionais400msa
500mspara faixasde250msa350ms, jáquenãotemosmais
o fantasma do sobre-alcance (overtravel) dos elementos a disco
de indução e nem os problemas commancais ou freios. Outra
vantageméamelhorresposta,graçasaosalgoritmosimplantados
em unidades numéricas, diante da possível saturação dos
transformadoresdecorrente.
No entanto, o grande salto foi a ampliação do conceito de
IntertravamentoSeletivoporZonas(chamadodeZSI,doinglês,Zone
Selective Interlock), tambémconhecidocomoSeletividadeLógica.
Esterecurso temsidomuitodifundidograçasaosrelésnuméricos.
Aideiabásicaéque,emcasosdefaltascomaltascorrentes,estas
unidadespossam,pormeiodesinaisdiscretosouporcomunicação
via rede, tomar a decisãode abandonar os ajustes de tempoque
foramdefinidospeloestudodeseletividadeeatuarmaisrapidamente
(emtornode70ms).Ousodestasoluçãotendeacrescermaisainda
comadisseminaçãodanormaIEC61850easmensagensGOOSE,
quetransportamestruturasdedadosconfiguráveis.
61O Setor Elétrico / Maio de 2010
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Figura 5 – O uso de seletividade lógica possibilita a redução do tempo de resposta da proteção (curva de curto retardamento – SD) da entrada de 500 ms para 80 ms. Isso representa, neste caso, uma redução no nível de energia incidente de 43,7 cal/cm² (categoria de risco 4) para um valor de 7 cal/cm² (categoria de risco 2).
• B)Modificaçãotemporáriadosajustesdaproteçãoamontante
dopontodeintervenção
Ousodeunidadesquepermitamareduçãotemporáriadovalor
departidadoselementoseaaceleraçãodas respostasde tempo
(sejapelamudançadeajustesoudotipodecurva)dasunidades
de sobrecorrente vai de encontro à necessidade de se diminuir,
de forma temporária, o nível de energia disponível no ponto de
trabalho,semprejudicarpermanentementeosajustesdefinidosnos
estudosdecoordenaçãoeseletividadedasproteções.
Esta característica permite a um profissional que tenha que
intervir emum equipamento faça umamudança temporária nos
ajustesdaproteção,levandoparavaloresmaissensíveis(corrente
departidamaisbaixaetempoderespostamaisrápidodasunidades
desobrecorrente).Aqui,aideiaécompostaporduasaproximações
para o problema da energia associada à corrente de falta no
ponto: usar um ajuste de correntemais sensível, o que émuito
maiscompatívelcomosdefeitosenvolvendoarcoelétrico,eseter
paraummesmovalordecorrenteumacorrespondentereduçãono
tempoderespostadaproteçãoparaaeliminaçãododefeito.
Uso de tecnologias de manutenção preditiva nos conjuntos de manobra e controle de potência
Graçasaosavançosdatecnologiadossistemasdeinterfacee
coletadedadosparamonitoramentocontínuo,tantodedescargas
parciais(DP)quantodetermografia,podem-seadotarpráticasque
evitemanecessidadedeaçãodiretadoserhumano,eliminando
a necessidade de abertura de tampas e portas de conjuntos de
manobraecontrole.Tambémousodesistemasdemonitoramento
em tempo real das condições da isolação de equipamentos de
média tensão reduz a possibilidade de virem a ocorrer falhas
intempestivasjáqueumacondiçãoanormalpodeseridentificada
muitoantesdeevoluirparaumafalhacomarco.
NasimagensdaFigura6,sãomostradosalgunsexemplosreais
deaplicação.
62O Setor Elétrico / Maio de 2010
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Figura 6 – Instalação dos acopladores capacitivos e unidade de coleta e centralização de dados para monitoração contínua dos níveis de descargas parciais num CMCP de MT. Os dados podem ser repassados, via rede de comunicação, para um sistema supervisório.
Figura 7 – Conexão de saída de um CCM de MT com sinais de aquecimento por uso de parafuso de fixação com dimensões incorretas (maior comprimento do corpo).
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Sistematização das práticas e filosofias de instalação e comissionamento dos conjuntos de manobra e controle de potência
Todos os pontos até aqui discutidos podem não atingir as
metas traçadas se duas etapas não receberema devida atenção:
a instalação e o comissionamento dos conjuntos demanobra e
controledepotência.
Cabe à empresa responsável pela instalação de um CMCP,
seguir todas as recomendações relativas ao equipamento, que
sãofornecidaspelofabricante. Issoécrucialparaodesempenho
dos produtos, já que muitas características de desempenho,
principalmente no que se refere a parâmetros verificados pelos
ensaiosdetipo,podeserafetadaspeloprocessodemontagem.
É crucial o trabalho da equipe de comissionamento. Este
processoéaúltimabarreiraantesdacolocaçãodeumequipamento
ou instalação em operação. Um simples descuido pode ser
catastrófico,comopodemosrepararemalgunsexemplosaseguir,
ondehouvefalhasnométododeverificaçãodotorqueusadonos
parafusosdeconexõeselétricas.
potência, tanto em baixa tensão quanto emmédia tensão, é uma
atividadequeseiniciabemantesequeseprolongaportodaavida
útildeumainstalaçãoelétrica.Nestecontexto,podemos,seguindoa
normalizaçãorelativaacadaproduto,estabeleceralgumasdiretrizes
básicas.
•Quantificarascargascomseusperfiseassuasreaisdemandas;
• Definir as tensões nominais e de operação, segundo suas
disponibilidades;
•Definirotipodeaterramentoaseradotadoparaosistemaelétrico;
•Identificarascondiçõesdolocal:ambientais(umidade,temperatura,
poluentes, altitude, etc.) e espaciais (área e altura disponíveis,
acessibilidade,etc.);
• Efetuar os estudos de engenharia necessários de forma completa
e consistente (fluxo de carga, queda de tensão, curto-circuito,
coordenaçãoeseletividade,aterramentoe,principalmente,onívelde
energiaincidenteporarc-flash);
•Efetuarasanálisesderisco.Adotarumprogramadeinformaçãodos
níveisdeenergiaincidenteetreinamentodousocorretodosEPCse
EPIs;
•Definir as filosofias de instalação, comissionamento, operação e
manutenção;
•Preferirousodesistemasinteligentes,comredesdecampo,paraa
operação,monitoramento,coletadedadosediagnósticos;
•Procurarusartecnologiasmaissegurasdemanutençãopreditiva;
•Definireefetivarumprogramadesegurançaemconformidadecom
arealidadeexistente.
Referências - Electrical Safety Requirements for Employee Workplaces, NFPA 70E-2009.
- IEEE Guide for Perfoming Arc-Flahs Harzard Calculations, IEEE Std 1584
- 2002.
- NBR IEC 62271-200. Conjuntos de manobra e controle em invólucro
metálico para tensões acima de 1 kV até e inclusive 36,2 kV. ABNT; 2007.
- NBR IEC 60439-1, Conjuntos de manobra e controle de baixa tensão
– Parte 1: Conjuntos com ensaio de tipo totalmente testados (TTA) e
conjuntos com ensaio de tipo parcialmente testados (PTTA), ABNT; 2004.
- NR-10: Norma regulamentadora n. 10: Segurança em instalações e
serviços em eletricidade. Ministério do Trabalho e Emprego – Governo
Federal do Brasil.
Uma forma de aumentar a confiabilidade do processo de
comissionamentoéadotarprocedimentosescritosparaasatividades.
Ousodeplanosdeinspeçãoetestejuntocomlistasdeverificaçõesde
cadaatividadeplanejadaservedeguia,controleeregistrodasdiversas
etapasdoprocesso.
Conclusões A segurança associada a conjuntos demanobra e controle de
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Dúvidas, sugestões e comentários podem ser encaminhados para o e-mail redacao@atitudeeditorial.com.br
*LUIz FELIpE CoSta é engenheiro de aplicação sênior de produtos de
manobra e controle da Eaton, no Rio de Janeiro. É membro do IEEE / IaS e
participante dos comitês técnicos dos eventos pCIC-Brasil (do inglês petroleum
and Chemical Industry Conference) e ESW-Brasil (Electrical Safety Workshop).
RogÉRIo BaRRoS é coordenador de serviços da Eaton, no Rio de Janeiro.
participa do grupo de suporte de transferência de tecnologia de projeto,
fabricação e montagem de painéis e salas elétricas pré-fabricadas para a planta
da Eaton na China.
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