Redução do Risco de Arco Elétrico Através de Relés Digitais com Grupos de Ajuste

Para dar início ao blog trago para vocês um artigo referente à minha monografia apresentada no curso de Especialização em Engenharia de Segurança do Trabalho.

O artigo tem como principal objetivo demonstrar que os relés de proteção modernos podem atuar também na proteção das pessoas, reduzindo os níveis de emissão de energia durante a ocorrência de arcos elétricos em painéis, reduzindo os tempos de operação.

Definitivamente alguma coisa saiu errada....

Artigo:

O arco elétrico é um fenômeno físico inerente ao funcionamento do sistema elétrico, consistindo em um curto circuito que ocorre por meio do ar, o qual gera calor de forma controlada, como nos casos de solda elétrica e fornos industriais, ou de forma não controlada, como no caso de falhas de isolamento em equipamentos elétricos.

Quando o isolamento entre condutores energizados sob diferentes potenciais elétricos é rompido, gera-se um arco elétrico. Os trabalhadores que estão expostos diretamente ou em proximidade a estes condutores podem sofrer sérias lesões quando da ocorrência da falha elétrica.

Arco Elétrico

Existem diversos modos e procedimentos para se reduzir as consequências decorrentes de um arco elétrico, incluindo o uso de roupas especiais, painéis resistentes ao arco, controle remoto das operações, entre outros. Atualmente, é imperativo que esta redução das consequências oriundas do arco elétrico ocorra também por meio de soluções de engenharia, como a parametrização dos relés de proteção com foco na redução da energia emitida e a utilização de sistemas de detecção e eliminação rápida do arco elétrico.

Instalação:

A instalação objeto do trabalho possui características típicas de uma indústria média brasileira, sendo esta atendida por uma rede de  média tensão 13,8kV.

Esta rede de média tensão adentra à instalação através de painéis resistentes a arco, os quais se encontram na Subestação de Med./Proteção. Neste painel ocorre a proteção geral do sistema, a qual se dá através de um relé de sobrecorrente digital modelo SEPAM 10, Merlin Gerin, funções 50/51 e 50/51N.

Destes painéis partem alimentação para mais duas cabines, sendo uma exclusiva para bomba de incêndio. A outra cabine, denominada transformação, é a responsável pela alimentação da indústria, contendo dois transformadores isolados a seco de capacidade 1.500kVA 13,8kV/410V cada. Estes transformadores estão ligados a dois painéis, contendo disjuntores gerais de baixa tensão para sua proteção.

O diagrama unifilar, as correntes de curto-circuito sólido e de arco podem ser verificadas abaixo:

Verifica-se que, principalmente no relé da proteção geral (SEPAM 10), os parâmetros de proteção estão ajustados de acordo com as correntes de curto circuito trifásicas sólidas, e não para as correntes de arco. Esta condição eleva os tempos de abertura da proteção de média tensão e aumenta, em grande monta, a energia emitida em determinados pontos da instalação, já que esta emissão é dependente do tempo.

O resultado da emissão de energia é dado em cal/cm². De acordo com o nível de energia pode-se classificar a condição como sendo risco 1, 2, 3 ou 4, conforme NFPA70E. Níveis de energia acima de 41 cal/cm² (risco 4) não possuem EPIs como medida de controle, ou seja, não existe proteção suficiente capaz de proteger o profissional.

Além do nível de energia e da classificação de risco, pode-se determinar o limite de ação do arco elétrico, também chamado de limite de proteção do arco, que é a distância medida do ponto de arco até o limite onde se faz necessário o uso de EPIs. O cálculo do nível de emissão de energia, em cal/cm², foi baseado na IEEE 1594, e realizada através do software ETAP^®.

Para este cálculo foram levados em consideração os seguintes pontos de operação na 
instalação:

-      Painéis de Média Tensão SE Medição/Proteção, com tampas abertas;
-      Painéis de Média Tensão SE Transformação, com tampas abertas;
-      Painéis de Baixa Tensão TGBT 1 (Faltas à jusante e à montante do disjuntor geral)
-   Painéis de Baixa Tensão TGBT 2 (Faltas à jusante e à montante do disjuntor geral)

Os pontos à montante dos disjuntores gerais dos painéis TGBT 1 e 2 são considerados pois existe a possibilidade de se gerar uma falha nos terminais superiores do disjuntor, bem como nos seus cabos de entrada, já que estes estão dentro do painel. Neste caso a proteção atuante será somente o relé de proteção geral, o qual possui parâmetros muito elevados, não provendo uma proteção adequada.

Reduzindo os riscos:

Um dos mais efetivos meios para redução do risco associado aos arcos elétricos de baixas correntes nos equipamentos de baixa tensão é modificar os ajustes dos dispositivos de proteção, reduzindo o tempo de eliminação da falha. Tipicamente, os disjuntores gerais não têm seus elementos instantâneos ativos no modo de operação normal, ou possuem valores muito elevados. No coordenograma abaixo, verifica-se que a corrente de arco elétrico nos pontos P3 e P4, para falhas à montante do disjuntor de baixa tensão, não atingem o elemento instantâneo da proteção geral, provocando um alto tempo de eliminação da falha.

Para que seja possível trazer estes níveis de emissão de energia para níveis aceitáveis, é necessário que o tempo de atuação da proteção na alta tensão seja reduzido, porém, sem causar desligamentos intempestivos do relé durante a operação normal da fábrica.

Para que esse nível de energia seja reduzido, uma estratégia que pode ser utilizada é o emprego de um relé capaz de fornecer dois grupos de ajustes distintos, dependendo da condição operacional (Modo Normal ou Modo Manutenção). Um relé capaz de executar esta função é o SEPAM S20, também da marca Merlin Gerin. A seleção do grupo de ajuste pode ser realizada por meio de uma entrada digital no relé, de forma que, quando ativada, seleciona o grupo de ajuste B, chamado de grupo de ajuste Modo Manutenção.

Este Modo Manutenção deve então ser selecionado a cada vez que as portas dos painéis TGBT-1 e TGBT-2 forem abertas, expondo os profissionais ao risco de arco elétrico. Com as portas fechadas, o grupo de ajuste selecionado continua sendo o Normal.

Verificam-se, no coordenograma abaixo, as duas curvas: a do grupo de ajuste Normal e a do Modo Manutenção. Observa-se que, para a corrente de arco no ponto P3, o tempo de atuação da proteção é muito inferior para curva Modo Manutenção, que para curva de ajuste Normal.

Verificou-se que todos os elementos de proteção, como o relé de proteção geral, os disjuntores e os fusíveis, foram dimensionados para prover uma proteção adequada aos equipamentos, porém, em nenhum momento, a segurança dos profissionais que trabalham nestes equipamentos parece ter sido levada em conta.

Comumente, no Brasil, os projetos de proteção levam somente em consideração as premissas clássicas de parametrização dos sistemas de proteção, sendo que estas premissas podem levar a riscos inadmissíveis para os profissionais eletricistas, como se verificou neste trabalho.

Os projetos elétricos e de proteção devem ser levados a outro nível, tendo, como uma de suas principais premissas, a proteção das pessoas. A revisão da Norma Regulamentadora 10 em 2004, trouxe uma nova visão para as instalações elétricas, adicionando, mesmo que de maneira tímida, a questão da inflamabilidade das roupas utilizadas pelos profissionais da área elétrica.

Um passo importante à segurança e à saúde do trabalhador da área elétrica seria uma normatização nacional sobre a questão da emissão de energia durante um arco elétrico, difundindo, de maneira mais clara, a importância na determinação dos riscos presentes em uma instalação elétrica.

Para ver o artigo na revista eletricidade moderna: http://www.arandanet.com.br/midiaonline/eletricidade_moderna/2012/marco/index.html

Abraços!!!