Energia incidente em painéis elétricos

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    Energia incidente em painis eltricos - Estudo sobre energia incidente gerada por instalaessujeitas a arcos eltricos em ambientes industriais

    Edio 112 - Maio de 2015

    Artigo: Arco eltrico

    Por Humberto Dionsio de Andrade, Emmanuel Ramon Marques Dantas, dller de Oliveira Guimares, Adelson Menezes Lima e Victor de Paula Brando Aguiar*

    Atualmente, uma das maiores preocupaes das indstrias diz respeito aos aspectos de segurana de seus colaboradores, especialmente para os operadores de

    subestaes e eletricistas de manuteno. Tal fato justificado pelos riscos intrnsecos em uma simples execuo de manobras cotidianas dentro de uma

    subestao, como a insero de um disjuntor em uma gaveta de um painel eltrico, a qual pode culminar no surgimento de um arco eltrico de efeitos irreversveis

    para a sade do operador, provocando desde queimaduras de elevado grau at ondas de presso, que podem arremess-lo a metros de distncia do local de operao.

    Dessa forma, o arco eltrico, o qual, em linhas gerais, pode ser definido como um curto-circuito que se propaga pelo ar a uma alta velocidade e temperaturarelativamente elevada, emitindo uma grande quantidade de energia medida em calorias por centmetros quadrado (cal/cm) e denominada energia incidente.

    Sendo assim, este estudo define o nvel de tenso, de energia incidente e a distncia segura de aproximao para o preenchimento de etiquetas informativas, emacordo com o previsto nos critrios de segurana para ambientes e servios em painis e equipamentos eltricos com potencial de arco. Partindo da necessidadede os painis eltricos estarem devidamente identificados por meio de plaquetas, de marcao indelvel, com os referidos dados. Alm da identificao com asplaquetas, que servem para a definio da categoria das vestimentas adequadas (conforme o ATPV Arc Thermal Performance Value) a serem utilizadas pelosprofissionais, deve ser prevista tambm a demarcao da distncia segura no piso.

    Segurana em instalaes eltricas

    Na conjuntura atual no se pode falar em energia eltrica sem se falar em segurana, desde a mais simples, relacionada ao bom dimensionamento de condutorese dispositivos de sobretenso e sobrecorrente, aos mais complexos, associados a reas com risco de arco eltrico. Tal exposio acentuada em locais em que acorrente de curto-circuito elevada, pois a energia incidente de um arco eltrico diretamente proporcional a esta corrente de curto-circuito, e tambm ao tempode atuao do dispositivo de proteo. Somente uma inspeo detalhada das instalaes pode evitar as circunstncias de risco ou de perigo ou ainda condiesinseguras capazes de produzir o acidente.

    O arco eltrico e a energia incidente

    A. Arco eltrico

    O arco eltrico consiste na energia liberada instantaneamente pelo ar entre dois condutores energizados ou entre um condutor energizado e a terra, proveniente

    de uma corrente eltrica que flui entre eles.

    B. Energia incidente

    De acordo com a norma internacional pertinente, a energia i ncidente normatizada projetada a partir do curto-circuito no espao proveniente de um arco

    eltrico de durao de 200 ms sobre um corpo humano que est a uma distncia de 610 mm do arco eltrico. A energia incidente funo da tenso, da corrente de

    curto-circuito no local e do tempo de abertura dos dispositivos de proteo diante de uma falta.

    C. Clculo da energia incidenteO clculo elaborado segundo a metodologia descrita na norma IEEE-1584/2004, respeitando as condies de contorno propostas no item 5.1.

    Para o clculo da energia incidente, a corrente de curto-circuito slida (bolted fault current) convertida na corrente de arco (arc current) equivalente, conformeextrapolao pertinente.

    O mtodo de clculo das correntes de curto-circuito, proposto na norma IEEE-1584/2004, o apresentado na publicao referenciada no item [6]. O software [7]utiliza dos resultados apresentados pelo mtodo Comprehensive do Mdulo Dapper deste mesmo software. Este mtodo plenamente aplicvel para adeterminao da corrente de curto-circuito slida.

    Para a determinao da corrente de arco, dentro dos limites impostos pela normalizao pertinente, utiliza-se o procedimento descrito no item 5.2 da NormaIEEE-1584/2004 e anexo D.7.2 da NFPA-70E/2009, conforme (1):

    Em que:

    1 COMENTRIOS

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    1 de 9 15/10/2015 17:20

  • Por se tratar de um modelo matemtico estatstico, uma energia normalizada calculada co m ba se nas aproximaes e normalizao dos valores obtidos. Aenergia normalizada calculada conforme (2), descrita no item 5.3 da IEEE-1584/2004:

    Em que:

    A energia incidente calculada conforme (3), descrita no mesmo item da norma:

    Em que:

    Tabela 1 Fatores X para classes de tenso e pos de equipamentos

    A Tabela 2 a seguir, traduzida e adaptada da Norma IEEE-1584/2004, apresenta as distncias tpicas de trabalho:

    Tabela 2 Classes de equipamentos e suas respectivas distncias tpicas de trabalho

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    2 de 9 15/10/2015 17:20

  • Alm do tempo obtido no coordenograma de cada equipamento, dever ser somado a este um valor correspondente atuao do dispositivo de proteo. Cadadispositivo de proteo possui um tempo inerente que pode variar de fabricante para fabricante.

    A Tabela 3 apresenta os tempos tpicos de atuao dos dispositivos de seccionamento.

    Tabela 3 Tempos de operao dos respectivos dispositivos de seccionamento

    Com base nesses valores, delimitou distncias tpicas entre fases, recomendadas para o clculo, que podem ser observadas na Tabela 4.

    Tabela 4 Distncias tpicas entre fases das respectivas classes de equipamentos

    Neste caso, o ATVP o valor mximo da energia incidente sobre o tecido sem permitir que a energia no lado protegido exceda 5 J/cm. A Tabela 5mostra o tipo

    de vestimenta e a classificao do arco mnima exigida.

    Tabela 5 Caracterstica das vestimentas de proteo

    Estudo de energia incidente

    O estudo teve incio com o levantamento dos parmetros para modelagem do sistema eltrico no software PTW. A Figura 1 representa o sistema modelado da

    instalao estudada, o qual possui trs circuitos terminais (do painel geral at a carga) idnticos e, portanto, sero apresentados os dados de apenas um destes.

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  • Figura 1 Sistema modelado no software PTW.

    A instalao do presente estudo est alimentada atravs de uma rede de 13,8 kV que deriva de um dos alimentadores de uma subestao de 69 kV. A Tabela 6

    apresenta os valores de impedncia no ponto de entrega (na subestao de 69 kV), fornecidos pela concessionria.

    Tabela 6 Dados do ponto de entrega da concessionria

    As Tabelas 6 e 7 apresentam os valores de impedncia srie e reatncia shunt da rede area que alimenta o transformador da instalao e os dados do barramentode entrada da subestao de 13,8 kV, que alimenta a instalao do presente estudo.

    Tabela 7 Dados para modelagem da rede de alta tenso

    A Tabela 8 apresenta os dados do barramento de entrada da subestao de 13,8 kV, que alimenta a instalao do presente estudo.

    Tabela 8 Dados para modelagem da barra de entrada da subestao de 13,8 kV

    As Tabelas 9 e 10 apresentam os dados necessrios para a modelagem da proteo do transformador e para a modelagem dos cabos de entrada de alimentao,

    respectivamente.

    Tabela 9 Dados para modelagem da proteo do transformador

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  • A Tabela 10 traz os dados para a modelagem do transformador de potncia, respectivamente.

    Tabela 10 Dados para modelagem dos cabos de entrada do transformador

    As Tabelas 11 e 12 apresentam os dados para a modelagem dos cabos de sada do transformador e da proteo do painel, respectivamente.

    Tabela 11 Dados para a modelagem dos cabos de sada do transformador

    Tabela 12 Dados para a modelagem da proteo do painel geral

    A Tabela 13 apresenta os dados necessrios para a modelagem do painel geral.

    Tabela 13 Dados para modelagem do painel A

    As Tabelas 14 e 15 apresentam os dados necessrios para a modelagem dos cabos de entrada e da proteo do painel A.

    Tabela 14 - Dados necessrios para a modelagem dos cabos de entrada do painel "A"

    Tabela 15 Dados para modelagem da proteo do painel A

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    5 de 9 15/10/2015 17:20

  • As tabelas 16 e 17 apresentam os dados necessrios para a modelagem dos cabos que alimentam o motor de induo A e prprio motor de induo A,

    respectivamente.

    Tabela 16 Dados dos cabos que alimentam o motor de induo A

    Tabela 17 Dados para modelagem do motor de induo A

    O sistema foi modelado por meio dos mdulos Arc Flash Evaluation e CAPTOR (Computer Aided Plotting for Time Overcurrent Reporting), do software PTW SKM

    Power* Tools for Windows anteriormente mencionado.

    Foram realizados estudos comparativos para verificao relativa ao fechamento ou no dos alimentadores em anel, uma vez que esse tipo de manobra altera o nvel

    de curto-circuito e energia incidente. A configurao que apresentou os maiores valores foi tomada como base para prosseguimento do estudo.

    O estudo de