Monografia Est

UNIVERSIDADE NOVE DE JULHO – UNINOVE

Diretoria de Educação Continuada

Curso de Pós-Graduação em Engenharia de Segurança do Trabalho

VESTIMENTA DE PROTEÇÃO CONTRA QUEIMADURAS PROVOCADAS POR

ARCOS ELÉTRICOS PARA TRABALHADORES QUE ATUAM EM INSTALAÇÕES

E SERVIÇOS EM ELETRICIDADE.

FÁBIO DA COSTA SOUZA

SÃO PAULO

2009





Monografia apresentada à Universidade Nove de

Julho – UNINOVE, como requisito parcial para

obtenção do título de especialista em Engenharia

de Segurança do Trabalho.

Orientador: Prof. Dr. Marcelo Eloy Fernandes

SÃO PAULO

2009




Por


Monografia apresentada à Universidade Nove de

Julho – UNINOVE, como requisito parcial para

obtenção do título de especialista em Engenharia

de Segurança do Trabalho.

________________________________________________________

Presidente: Prof. Marcelo Eloy Fernandes, Dr. – orientador, Uninove

________________________________________________________

Membro:

________________________________________________________

Membro:

São Paulo, 27 de Junho de 2009

A Deus, que me iluminou e esteve comigo no

decorrer deste percurso, me capacitando a

continuar.

À Fernanda, minha esposa, com amor,

admiração e gratidão por sua compreensão,

carinho, presença e incansável apoio ao longo

do período de elaboração deste trabalho.

À Nathália, minha filha, que este trabalho seja

minha demonstração de que devemos sempre

buscar nossos objetivos.

Aos meus pais que me deram a sabedoria

necessária para estar sempre em busca dos

meus desafios.

AGRADECIMENTOS

Ao Prof. Dr. Marcelo Eloy Fernandes, pela atenção e apoio durante o processo de

definição e orientação desta monografia.

Aos colegas da turma, que contribuíram para a realização de mais um árduo

trabalho.

A todos que, direta ou indiretamente, colaboraram com a execução deste trabalho.

RESUMO

Este trabalho de pesquisa apresenta uma revisão geral dos estudos,

pesquisas, normas nacionais e internacionais sobre arcos elétricos. Define os

conceitos de curto-circuito e arco elétrico, e identifica os riscos inerentes dos

mesmos. Apresenta a metodologia NFPA 70E (2009) e a IEEE-1584 (2002) quanto

às formas de determinação das vestimentas para proteção contra queimaduras

provocadas por arcos elétricos. Por fim, utiliza um estudo de caso para analisar as

metodologias da NFPA 70E (2009) e do IEEE-1584 (2002).

Palavras-chave: arco elétrico, proteção contra queimadura, vestimenta.

ABSTRACT

This work presents a general review of studies, research, national and international

standards on electrical arcs. Defines the concepts of short circuit and electric arc,

and identifies the risks inherent in them. Presents the methodology NFPA 70E (2009)

and IEEE-1584 (2002) on ways to determine the clothing to protect against burns

caused by electric arcs. Finally, using a case study to examine the methodologies of

NFPA 70E (2009) and IEEE-1584 (2002).

Key-word: electric arc, protection against burns, protective clothing.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Evolução Histórica Sobre Proteção contra Arcos Elétricos ....................... 23

Figura 2: Efeitos produzidos pelo Arco elétrico (DIAS;LEAL,2007) .......................... 34

Figura 3: Limites de Aproximação, conforme Anexo C (NFPA70E,2009)................. 37

Figura 4: Definição ATPV e EBT (TOMIYOSHI, 2004) ............................................. 47

Figura 5: Esquema Unifilar ....................................................................................... 62

Figura 6: Passos para Determinação da Vestimenta de Proteção de acordo com a

NFPA-70E (2009) ..................................................................................................... 71

Figura 7: Passos para Determinação da Vestimenta de Proteção de acordo com a

IEEE-1584 (2002) ..................................................................................................... 72

LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Classificação dos Riscos e uso Luvas de Isolação e Ferramentas manuais

Isoladas [Fonte: Tabela 130.7(C)(9) da NFPA 70E (2009) (continua...) ................... 40

Tabela 2: Vestimentas de Proteção e Equipamentos de Proteção Individual (Tabela

130.7(C)(10) da NFPA 70E (2009)) (continua...) ...................................................... 43

Tabela 3: Características das Vestimentas de Proteção (Tabela 130.7(C)(11) da

NFPA 70E (2009)) .................................................................................................... 46

Tabela 4: Tempos de Abertura para Disjuntores de Potência ( IEEE-1584 (2002)) . 53

Tabela 5: Distância Típica Condutores ou Barramento (IEEE-1584 (2002)) ............ 53

Tabela 6: Distância Típica de Trabalho (Tabela 3 da IEEE-1584 (2002)) ................ 54

Tabela 7: Sistemas de Tensão e Distâncias Típica de Condutores (Tabela 4 da

IEEE-1584 (2002)) .................................................................................................... 57

Tabela 8: Categoria de Risco para o Estudo de Caso .............................................. 69

LISTA DE GRÁFICOS

Gráfico 1: Percentual de Sobrevivência de Vítimas de Queimaduras (OLIVEIRA,

2007) ........................................................................................................................ 18

Gráfico 2: Acidentes com Arcos Elétricos por Ano (FUNCOGE, 2009) ................... 19

LISTAS DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ABA - Americam Burn Association

EPI - Equipamentos de Proteção Individual

FUNCOGE - Fundação Comitê de Gestão Empresarial

IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers

NEC - National Electrical Code

NFPA - National Fire Protection Association

NR - Norma Regulamentadora

OSHA - Occupational and Safety and Health Administration

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO .................................................................................................. 15

1.1 OBJETIVO ..................................................................................................... 16

1.2 JUSTIFICATIVAS: ......................................................................................... 17

2 ESTADO DA ARTE SOBRE ARCOS ELÉTRICOS ........................................... 21

2.1 REGULAMENTOS E NORMAS INTERNACIONAIS SOBRE PERIGOS DOS

ARCOS ELÉTRICOS ............................................................................................ 21

2.2 PESQUISAS INTERNACIONAIS SOBRE PERIGOS DOS ARCOS

ELÉTRICOS .......................................................................................................... 24

2.3 NORMAS E/OU REGULAMENTOS NACIONAIS .......................................... 26

3 TEORIA GERAL SOBRE CURTO-CIRCUITO E ARCO ELÉTRICO ................. 28

3.1 CURTO-CIRCUITO ........................................................................................ 28

3.1.1 AS CAUSAS DOS CURTOS-CIRCUITOS .............................................. 28

3.1.2 CÁLCULO DAS CORRENTES DE CURTO-CIRCUITOS:...................... 30

3.1.2.1. CÁLCULO DAS CORRENTES DE CURTO-CIRCUITO NA ALTA

TENSÃO ........................................................................................................ 30

3.1.2.2. CÁLCULO DAS CORRENTES DE CURTO-CIRCUITO NA BAIXA

TENSÃO ........................................................................................................ 31

3.2 ARCO-ELÉTRICO ......................................................................................... 32

4 METODOLOGIA DE DETERMINAÇÃO DA VESTIMENTA PARA PROTEÇÃO

CONTRA QUEIMADURAS PROVOCADAS POR ARCOS ELÉTRICOS DE

ACORDO COM NFPA 70E (2009) ........................................................................... 36

4.1 LIMITE DE PROTEÇÃO CONTRA ARCOS ELÉTRICOS. ............................ 37

4.1.1 Nível de Tensão entre 50 e 600 Volts. .................................................... 37

4.1.2 Nível de Tensão acima de 600 Volts. ..................................................... 38

4.2 ANÁLISE DAS VESTIMENTAS DE PROTEÇÃO E OUTROS EPI PARA

PROTEÇÃO CONTRA ARCOS ELÉTRICOS. ...................................................... 38

4.2.1 Análise da Energia Incidente. ................................................................. 39

4.2.2 Categoria Risco. ..................................................................................... 39

4.2.3 Vestimentas de Proteção e Equipamentos de Proteção Individual ......... 43

4.2.4 Características das Vestimentas de Proteção ........................................ 45


DE ARCOS ELÉTRICOS DE ACORDO COM IEEE Std 1584 (2002) ...................... 48

5.1 ANÁLISE DO PROCESSO ............................................................................ 48

5.2 MODELO PARA CÁLCULO DA ENERGIA INCIDENTE ............................... 55

5.2.1 Limitações do Modelo ............................................................................. 55

5.2.2 Corrente do Arco Elétrico........................................................................ 56

5.2.3 Energia Incidente para Tensões entre 0,208kV a 15 kV ......................... 57

5.2.4 Energia Incidente para Tensões acima de 15 kV ................................... 59

5.2.5 Limite de Proteção Contra Arco Elétrico ................................................. 59

6 ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE A METODOLOGIA DA NFPA 70E (2009) E

A IEEE STD-1584 (2002). ........................................................................................ 61

6.1 ESTUDO DE CASO ....................................................................................... 61

6.1.1 Determinação da Vestimenta de acordo com a NFPA 70E (2009). ........ 63

6.1.2 Determinação da Vestimenta de acordo com o IEEE-1584 (2002). ....... 64

6.1.3 Vestimenta de Proteção ......................................................................... 68

6.2 ANÁLISE DAS METODOLOGIAS DO IEEE-1584 (2002) E DA NFPA 70E

(2009). ................................................................................................................... 70

7 CONCLUSÃO: ................................................................................................... 74

7.1 RESUMO GERAL DO TRABALHO ............................................................... 74

7.2 CONCLUSÃO FINAL ..................................................................................... 75

7.3 CONTRIBUIÇÕES DESTE TRABALHO ........................................................ 76

7.4 TRABALHOS FUTUROS ............................................................................... 77

8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................. 78

15

1 INTRODUÇÃO

Dos ferimentos provocados pela eletricidade às queimaduras provocadas

pelos arcos elétricos representam uma parcela muito grande de riscos, se

comparados com os demais, tais como: choque elétrico, campos eletromagnéticos e

incêndios.

Os acidentes que originam os arcos elétricos geralmente acontecem quando

o operador ou eletricista precisa remover barreiras de proteção como portas de

painéis e inserir ou remover componentes e podem ocorrer em conseqüência de:

depreciação da isolação, projeto e manutenção inadequada, contatos acidentes ou

inadvertidos de ferramentas, ou quedas de peças soltas durante as manobras.

A energia liberada pelo arco elétrico é extremamente alta, as temperaturas

podem alcançar cerca de 20.000°C, podendo causar ignição nas roupas e

queimaduras graves na pele.

Apesar da seriedade e da importância que esse assunto representa para os

trabalhadores que executam trabalhos em eletricidade, este assunto tem recebido

pouquíssima importância das autoridades e dos usuários se comparado com os

demais riscos elétricos.

No Brasil a NR(Norma Regulamentadora) Número 6 de 08/06/1978, que

trata de EPIs (Equipamentos de Proteção Individual), obriga o uso de macacão e /ou

conjunto de segurança para proteção do tronco e membros superiores e inferiores

contras chamas e/ou agentes térmicos e na NR número 10 de 07/12/2004, que trata

de Segurança em Instalações e Serviços em Eletricidade exige que: “As

16

vestimentas de trabalho devem ser adequadas às atividades, devendo contemplar a

condutibilidade, inflamabilidade e influências eletromagnéticas”.

As NRs são bastante superficiais e não existem normas técnicas nacionais

que definam características, processos de fabricação, testes e formas de seleção de

vestimentas para proteção contra arcos elétricos.

Tendo conhecimento dos vários perigos causados pelos arcos elétricos, os

órgãos regulamentadores, associações de normas técnicas e pesquisadores

internacionais têm trabalhado para reduzir as exposições dos profissionais quanto às

queimaduras provocadas pelos arcos elétricos em instalações de baixa e média

tensão. Neste contexto inclui-se a NFPA(National Fire Protection Association) e o

IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers). Atualmente, temos a NFPA

70E – Standard for Electrical Safety in Workplace e a IEEE 1584 – Guide for

Performing Arc flash Hazard Calculations, ambas têm o mesmo objetivo de proteger

os profissionais que trabalham perto ou em instalações e/ou equipamentos elétricos

energizados.

1.1 OBJETIVO

O objetivo principal deste trabalho é fazer uma revisão bibliográfica quando

aos riscos de exposição dos trabalhadores aos arcos elétricos e analisar a norma

americana da NFPA, a NFPA 70E(2009):Standard for electical Safety in the

Workplace e da norma do IEEE, a IEEE-1584(2002): Guide for Performing Arc-Flash

Hazard Calculations quanto às metodologias para determinação da energia incidente

17

que serve de parâmetro para seleção da vestimenta para proteção dos

trabalhadores que atuam em serviços e instalações em eletricidade.

Um objetivo secundário deste trabalho de monografia é servir de ferramenta

de disseminação para os profissionais de Engenharia de Segurança de Trabalho e

os outros profissionais que trabalham de forma direta ou indireta com eletricidade,

conheçam o fenômeno arco elétrico e os riscos inerentes ao mesmo, visto que no

Brasil não temos muitos trabalhos abordando o tema.

1.2 JUSTIFICATIVAS:

Os acidentes por queimaduras ocupam o segundo lugar no mundo,

perdendo somente para as fraturas. A queimadura é um dos traumatismos mais

devastadores que pode atingir os seres humanos. Sua importância decorre não só

da freqüência com que ocorre, mas principalmente pela sua capacidade de provocar

seqüelas funcionais, estéticas e psicológicas, além da grande taxa de mortalidade

(MAGALHÃES; MAURICIO; SANTANA, 2008).

A queimadura elétrica está entre as mais graves lesões causadas ao corpo

humano, é uma queimadura de quarto grau e envolve a completa destruição de

todos os tecidos, desde a epiderme até (e inclusive) o tecido ósseo subjacente.

Diferentemente da queimadura causada por qualquer outra fonte de calor

externa, a queimadura proveniente do arco elétrico queima internamente com mais

intensidade do que externamente (OLIVEIRA, 2007). Serão necessárias as extensas

excisões cirúrgicas e, ás vezes amputação, por isto, deve-se capacitar e treinar

18

todos os profissionais envolvidos com eletricidade com intuito de diminuir os riscos

de exposição às queimaduras originadas por arcos elétricos.

Segundo um estudo da ABA (Americam Burn Association), feito nos Estados

Unidos no período de 1991 a 1993 e revisado em 2002, a possibilidade de

sobrevivência de vítimas de lesões por queimaduras varia de acordo com a idade,

conforme gráfico 1 (OLIVEIRA, 2007).

20-29 anos 30-39 anos 40-49 anos 50-59 anos

99% 98%96%

92%90%

85%

75%

60%60%

45%

35%

13%

Percentual de Sobrevivência de Vítimas de Queimaduras

25% do corpo queimado 50% do corpo queimado 75% do corpo queimado

Gráfico 1: Percentual de Sobrevivência de Vítimas de Queimaduras (OLIVEIRA, 2007)

No Brasil não temos estatísticas oficiais de acidentes envolvendo arcos

elétricos, porém segundo a Fundação COGE( FUNCOGE, 2009), que entre outras

funções realiza pesquisas em um grupo de 64 empresas da área de geração,

transmissão e distribuição de energia elétrica no ano de 2004 ocorreram 49

acidentes envolvendo arcos elétricos, conforme gráfico 2.

19

Gráfico 2: Acidentes com Arcos Elétricos por Ano (FUNCOGE, 2009)

Segundo NFPA 70E (2009), a maioria das admissões nos hospitais

americanos devido aos acidentes elétricos são causadas por queimaduras

envolvendo arco elétrico, não por choques, e a cada ano mais de 2000 pessoas são

admitidas em centros de queimaduras devidos a arcos elétricos que podem causar

ferimentos severos até a uma distância de 3 metros do ponto de falha nos

equipamentos industriais de alta tensão mais comuns e igualmente para distância

menor, nos equipamentos de baixa tensão.

Um acidente resulta em muitos transtornos e em custos consideráveis,

sendo o maior preço, muitas vezes, pago pelo trabalhador que se encontra

incumbido de intervir diretamente em um equipamentos ou instalação. Por conta

disso, o conhecimento do estado da arte de metodologias utilizadas para calculo da

energia incidente como ferramenta para proteger o trabalhador, deve ser de suma

importância para fornecer diretrizes que permitam aos profissionais de Engenharia

20

de Segurança do Trabalho responsáveis pela especificação e implantação de

sistemas de gerenciamento de risco.

Outro ponto importante é que as abordagens da NFPA 70E (2009) e do

IEEE-1584 (2002) para calcular a energia liberada pelos arcos elétricos são

diferentes. Para muitos que necessitam aplicar e seguir normas, os cálculos e as

interpretações, pode ser confuso, principalmente quando há discrepâncias entres os

métodos usados.

21

2 ESTADO DA ARTE SOBRE ARCOS ELÉTRICOS

2.1 REGULAMENTOS E NORMAS INTERNACIONAIS SOBRE PERIGOS DOS

ARCOS ELÉTRICOS

Em Dezembro de 1970, nos Estados Unidos, foi criado a

OSHA(Occupational and Safety and Health Administration), órgão americano

vinculado ao ministério do trabalho, que tinha dentre outras funções criar normas

federais para implementar práticas de trabalhos seguros em instalações elétricas.

Inicialmente a OSHA usou a NEC (National Electrical Code) como base para as

regulamentações na área elétrica.

Como a NEC não tinha competência com segurança de trabalhadores, em 7

de janeiro de 1979, foi criado um comitê para normas elétricas, a NFPA. A este

comitê foi dado a tarefa de auxiliar a OSHA na preparação de normas técnicas

específicas para segurança elétrica. O comitê em Segurança elétrica teve sua

primeira edição em 1979: NFPA 70E: Requisitos para Segurança Elétrica para

Trabalhadores em Locais de Trabalhos.

Na edição inicial, cobriu apenas requisitos para segurança em instalações,

as três edições subseqüentes foram adicionadas seções relacionadas com a

segurança do trabalhado e com a manutenção.

22

A quinta edição da NFPA 70E, publicada em 1995, foi a primeira específica

sobre os perigos dos arcos elétricos e incluiu os requisitos para roupas de proteção

e definiu o limite de proteção contra o arco elétrico, isto é, distância na qual o

trabalhador está protegido contra o arco elétrico. As próximas duas revisões focaram

em análise detalhada dos perigos do arco elétrico, fornecendo mais detalhes a

respeito dos limites de proteção contra o arco elétrico e os cálculos de energia

incidente. Nesta edição a NFPA 70E, inclui alguns exemplos de cálculo do limite de

proteção contra o arco elétrico no anexo D. É importante notar o que está escrito na

página 78: Este anexo, anexo D, não é requisito desta NFPA, está incluso somente

para fins de informação.

Em 05 de Setembro de 2008, foi publicada a NFPA 70E edição 2009. Foram

adicionadas revisões significativas nos anexos D: Energia Incidente e Métodos de

Cálculos do Limite de proteção contra arco elétrico, anexo E: Programa de

Segurança Elétrica, anexo F: Avaliação de Procedimentos de Perigosos. É

importante notar que a NFPA 70E 2009 manteve o anexo D como sendo somente de

caráter informativo e não fazendo parte dos requisitos da mesma.

23

Figura 1: Evolução Histórica Sobre Proteção contra Arcos Elétricos

24

2.2 PESQUISAS INTERNACIONAIS SOBRE PERIGOS DOS ARCOS ELÉTRICOS

O primeiro artigo técnico relevante sobre o tema foi publicado por Lee

(1982), intitulado “ The Other Electrical Hazard: Electric Arc Blast Burns” (O Outro

Perigo Elétrico: Queimaduras Provocada por Explosão dos Arcos Elétricos).

Segundo Ammernan, Sen e Nelson (2007) este trabalho é considerado, por muitos,

como uma das principais contribuições sobre o fenômeno do arco Elétrico em um

ambiente aberto, mostrando que as queimaduras por arcos elétricos eram partes

substanciais dos ferimentos causados por problemas elétricos. Lee (1982)

Identificou que o arco elétrico é o termo aplicado à passagem através do vapor do

arco terminal do metal condutivo ou material carbonizado. As temperaturas altas

nestes podem causar queimaduras fatais a até 1,5 m de distância e queimaduras

importantes à até 3,0 m de distância do local do arco elétrico. Este artigo mostrou

um outro lado, que identificavam o choque elétrico não era o maior perigo elétrico.

Em 1987, Lee (1987), publicou outro artigo importante intitulado “Pressures

Developed From Arcs” (Pressões Desenvolvidos pelos Arcos). Neste artigo os

relacionamentos entre a corrente dos arcos e as pressões para um range de

aplicações são desenvolvidas.

Doughty et al. (1987), publicaram em 1987: “ Testing Update on Protective

Clothing and Equipment for Electric arc Exposure” (Testes de atualização sobre

roupas de proteção e equipamentos expostos ao arco elétrico). Este trabalho detalha

os níveis de energia incidente em eventos associados com arcos elétricos em baixa

tensão, até 600 Volts, visando auxiliar na seleção correta das roupas de proteção

contra arcos.

25

Um artigo publicado em 2000 por Doughty, Floyd e Neal (2000), intitulado

“Predicting Incident Energy to Better Manage the Electric Arc Hazard on 600V Power

Distribution Systems” (Predizendo a Energia Incidente para melhor gerenciar os

perigos do arco elétrico em sistemas de distribuição de energia 600 Volts) ,

apresentou ensaios mais estruturados empregando arcos elétricos em áreas abertas

e arcos em uma caixa com formato cubo. Foram realizados ensaios com tensão

nominal de 600 Volts, trifásica, que são aplicáveis para correntes de curto-circuito na

faixa de 1000 ampéres a 50000 Ampéres. Foi estabelecido que a contribuição do

calor refletido nas paredes nas proximidades dos arcos intensificavam o calor

dirigido no sentido da abertura do painel. Simples algorítmos foram desenvolvidos

para permitir estimar a energia incidente a um certa distancia do arco em função da

corrente de curto-circuito sólido em um sistema de distribuição de energia elétrica

em 600 Volts.

No ano de 2002, o IEEE – Institute of Electrical and Electronics Engineers,

publicou o IEEE Std 1584 (2002): Guide for Performing Arc-Flash Hazard

Calculations (Guia para Realização de Cálculos dos Perigos do Arco Elétrico). Este

guia fornece técnicas para projetistas e operadores de instalações aplicarem na

determinação da distance de perigo dos arcos elétricos e da energia incidente no

qual os trabalhadores possam estar expostos durante seus trabalhos ou perto de

equipamentos elétricos. Esta norma usou vastos dados de ensaios de labaratórios

para desenvolver equações empíricas derivadas de análises estatísticas.

Stokes e Sweeting (2006) publicaram um artigo intitulado: “Electric Arcing

Burn Hazard” (Perigos de Queimaduras por Arcos Elétricos), este artigo critica o guia

americano da IEEE 1584 (2002), no qual afirma ter uma adoção internacional , e

Segundo Stokes e Sweeting (2006), não fornece uma metodologia adequada para

26

avaliar os perigos. Este artigo incluiu uma extensiva literatura sobre arcos elétricos.

Muitos artigos de discussão foram publicados, os mesmos fornecem análise

adicional à questão que está em pauta.

Outro artigo publicado em 2008 que tem importante contribuição foi do

Wilkins, Lang e Allison (2008): “Effec of Insulating Barries in Arc Flash Testing”

(Efeitos das Barreiras de Isolação em Ensaios de Arcos Elétricos), neste artigo os

autores verificaram que a instalação de barreiras de isolação impede o movimento

descendente do arco, estabiliza os efeitos do arco, e produze uma forte nuvem de

plasma. Também produz comprimentos de arcos menores, maiores correntes de

arcos e maiores densidade de energia incidente, quando comparada com o a IEEE

1584 (2002), desta forma, reforça o trabalho de Stokes e Sweeting (2006).

2.3 NORMAS E/OU REGULAMENTOS NACIONAIS

No ano de 1978 foram criadas as normas regulamentadoras (NRs), com

objetivo de regulamentar e fornecer orientações obrigatórias relacionados à

medicina e segurança do trabalho no Brasil.

Dentre outras a NR-06, Equipamento de Proteção Individual e NR-10-

Segurança deveriam tratar das proteções que os trabalhadores que estão expostos

aos arcos elétricos devem utilizar. Porém a NR-06/78 exige somente que os

trabalhadores devem ser protegidos contras chamas e/ou agentes térmicos de forma

genérica sem maiores especificidades e a NR-10/78 sequer citava o assunto.

27

Já na norma regulamentadora número 10 (NR-10) de 2004, avançou

pouquíssimo no assunto, exigindo somente que às vestimentas de trabalho devem

ser adequadas às atividades, devendo contemplar a condutibilidade, inflamabilidade

e influências eletromagnéticas”. Desta forma, ao falar em condutibilidade, a NR-10

está se referindo à vestimenta condutiva para trabalhos ao potencial elétrico, através

da equipotencialização da roupa a mesma tensão elétrica, nos serviços em linha

viva, e, ao falar em inflamabilidade e influências eletromagnéticas, a NR-10 direciona

para vestimentas contra os efeitos nocivos do arco elétrico e do fogo repentino.

28

3 TEORIA GERAL SOBRE CURTO-CIRCUITO E ARCO ELÉTRICO

3.1 CURTO-CIRCUITO

Um curto-circuito é uma ligação intencional ou acidental entre dois ou mais

pontos de um circuito, através de uma impedância desprezível (COTRIM, 1992).

Essa ligação pode ser metálica quando se diz que há um curto-circuito sólido ou por

um arco elétrico, que é a situação mais comum. Há nesse instante uma rápida

elevação da corrente atingindo valores, em geral, superiores a 10 vezes a corrente

nominal do circuito.

Com a elevação da corrente, surgem esforços mecânicos entre os

condutores ou entre componentes dos equipamentos (são os chamados efeitos

mecânicos) e aquecimentos dos condutores ou das partes condutoras dos

equipamentos (são os chamados efeitos térmicos).

No caso dos curtos-circuitos através de arcos elétricos podem ocorrer ainda

explosões e incêndios. Se não houver uma pronta atuação dos dispositivos de

proteção, os outros curtos-circuitos também podem dar origem a incêndios e

explosões (que às vezes são denominados efeitos explosivos).

3.1.1 AS CAUSAS DOS CURTOS-CIRCUITOS

29

Os curtos-circuitos são causados por uma falha da isolação sólida, líquida ou gasosa

que sustenta a tensão entre condutores ou entre condutores e terra; pode ser

também causada por uma redução da distância entre os condutores (ou entre

condutores e terra).

A falha da isolação, por sua vez, pode ser motivada por:

• Danos mecânicos - quebra de isoladores, quebra de suportes, queda de

poste, etc.,

• Uso abusivo - exigindo de um equipamento potência maior que a nominal

provoca-se uma deterioração da isolação que trabalhará a uma temperatura

mais alta que a de projeto;

• Umidade - isolantes porosos (orgânicos e inorgânicos) apresentam uma

redução sua rigidez quando absorvem umidade (é o caso do óleo, do papel,

da fenolite, da porcelana porosa usada em baixa tensão, do papelão, etc.)

• Descargas parciais - as isolações sólidas sempre apresentam alguns vazios

no seu interior. Sob ação do campo elétrico surgem nesses vazios, descargas

que por vários mecanismos (erosão, corrosão, arvorejamento) vão lentamente

reduzindo a rigidez dielétrica até sua perfuração (o tempo pode ser de dias,

semanas, meses ou anos);

• Sobretensões - dois tipos de sobretensões podem levar a uma perfuração da

isolação: as de manobra (ou internas), que ocorrem quando se efetua um

desligamento (voluntário ou provocado) ou um ligamento de um circuito, e as

atmosféricas que surgem nos condutores de um circuito (em baixa, média ou

alta tensão) quando cai um raio nas proximidades ou diretamente nas linhas

do circuito.

30

3.1.2 CÁLCULO DAS CORRENTES DE CURTO-CIRCUITOS:

3.1.2.1. CÁLCULO DAS CORRENTES DE CURTO-CIRCUITO NA ALTA TENSÃO

A intensidade de corrente de curto-circuito na Alta Tensão pode ser

provocada por um curto-circuito no lado da Alta Tensão ou no lado da Baixa Tensão.

Esta intensidade de corrente será sempre superior para o caso do curto-circuito ser

na Alta Tensão, pois o valor total da impedância de curto-circuito será menor.

• Curto-circuito na Alta Tensão

O cálculo desta intensidade de corrente de curto-circuito realiza-se utilizando

a seguinte expressão:

3×=

AT

ccRccAT

U

SI

Onde:

SccR - Potência de curto-circuito da rede de distribuição, em MVA.

UAT - Tensão na Alta Tensão, em kV.

IccAT - corrente de curto-circuito no circuito de Alta Tensão, em kA.

• Curto-circuito na Baixa Tensão

Devido à impedância interna do(s) transformador(es) a corrente na Alta

Tensão devido a um curto-circuito na Baixa Tensão será inferior ao valor calculado

na Alta Tensão. Assim, na prática, o seu cálculo não é relevante. Pois o

31

dimensionamento dos equipamentos do circuito de Alta Tensão relativamente à

Intensidade de Limite Térmico e Intensidade Limite Eletrodinâmica, será efetuado

em função do maior valor possível para a corrente curto-circuito na Alta Tensão.

3.1.2.2. CÁLCULO DAS CORRENTES DE CURTO-CIRCUITO NA BAIXA TENSÃO

O cálculo da intensidade de curto-circuito na Baixa Tensão, na maioria dos

casos, resulta apenas de curto-circuitos no circuito Baixa Tensão. Assim, o cálculo

seguinte será para esta situação.

• Curto-circuito na Baixa Tensão

Para o cálculo desta intensidade de corrente de curto-circuito é necessário

conhecer a impedância de curto-circuito equivalente da rede distribuidora (referida

ao secundário) e também a impedância de curto-circuito do(s) transformador(es). O

cálculo da impedância de curto-circuito equivalente da rede distribuidora realiza-se

utilizando a seguinte expressão:

ccR

BTVccR

S

UZ

62 10−×=

Onde:

SccR - Potência de curto-circuito da rede de distribuição, em MVA.

UBTV - Tensão em vazio na Baixa Tensão.

ZccR - Impedância de curto-circuito equivalente da rede distribuidora, em ohms.

Para o cálculo da impedância de curto-circuito do(s) transformador(es)

utiliza-se a seguinte expressão:

32

TR

ccBTcc

S

UZ

52 10−××=

µ

Onde:

UBT - Tensão em carga na Baixa Tensão, em kV

STR - Potência nominal do transformador, em kVA.

ucc - Tensão de curto-circuito do transformador, em %.

Zcc - Impedância de curto-circuito do transformador, em ohms.

O cálculo da corrente de curto-circuito na Baixa Tensão realiza-se utilizando

a seguinte expressão:

3103)(

−××+

=ccRcc

BTccBT

ZZ

UI

Onde:

UBT - Tensão composta em carga na Baixa Tensão, em kV

Zcc - Impedância de curto-circuito do(s) transformador(es), em ohms.

ZccR - Impedância de curto-circuito equivalente da rede distribuidora, em ohms.

IccBT - Intensidade de corrente de curto-circuito na Baixa Tensão, em kA.

3.2 ARCO-ELÉTRICO

Segundo Lee (1982), arco elétrico é o termo aplicado à passagem

substancial da corrente elétrica através do vapor do arco terminal do metal condutivo

ou material carbonizado.

33

O arco elétrico é um fenômeno da eletricidade inerente aos sistemas

elétricos. Pode existir de uma forma intensa e controlada como nos casos de solda

elétrica e fornos industriais ou com liberação de pequena quantidade de calor como

nos casos de interruptores para lâmpadas. No caso de falhas elétricas ou curto-

circuito é um fenômeno indesejável que libera uma grande quantidade de calor.

Além da liberação de grande quantidade de calor, o arco elétrico, expõe os

trabalhadores a outros riscos:

• Risco de choque devido ao toque nos condutores energizados;

• A projeção de material sólido (estilhaços);

• Ondas de pressão que podem tirar o equilíbrio de uma pessoa;

• Ondas de som que podem provocar problemas de audição;

• Luminosidade excessiva causada pelo plasma no arco elétrico que pode causar

cegueira temporária ou permanente;

• Plasma do arco elétrico (com temperaturas da ordem de 19.000 OC) que pode

causar fogo e queimaduras em seres humanos;

• Metal vaporizado que pode se depositar em superfícies e condensar em materiais

frios.

A figura 2 mostra os principais efeitos produzidos pelo arco elétrico.

34

Figura 2: Efeitos produzidos pelo Arco elétrico (DIAS;LEAL,2007)

Normalmente os arcos elétricos ocorrem por:

• Mau contato, por exemplo, pela perda de pressão dos parafusos de conexão;

• Depreciação da isolação (sobretensão, sobrecarga e fim de vida do

dielétrico);

• Defeito de fabricação de componentes ou equipamento (Quando não

detectada no início, o mesmo aparece ao longo da vida);

• Projeto e instalação inadequada ou mal dimensionada;

• Manutenção inadequada (Introdução de mudanças sutis, sem avaliação

técnica adequada), e

• Contatos acidentais ou inadvertidos de ferramentas ou peças (Erro humano).

A maioria das causas do aparecimento do arco é conhecido, portanto, é

possível tomar-se ações preventivas antes do seu aparecimento, sejam

administrativas ou preditivas. Essas ações podem e devem iniciar já durante a

elaboração do projeto, fazendo parte do controle de qualidade durante todas as

35

demais etapas, tais como: montagem, manutenção preditiva, inclusive dos

procedimentos administrativos e operacionais.

É fácil de perceber que a responsabilidade da segurança é um esforço em

conjunto da Engenharia de Projeto, Operação, Manutenção e Gerência

administrativa coordenado pelo setor de Engenharia de segurança Industrial.

Neste ponto, pode-se ressaltar, uma vez mais, que as vestimentas de

proteção contra queimaduras por arco elétrico deve ser considerada como o último

recurso, e não como a proteção principal. Desta forma, a prática de segurança deve

ser iniciada na prevenção contra aparecimento do arco.

36


CONTRA QUEIMADURAS PROVOCADAS POR ARCOS ELÉTRICOS DE

ACORDO COM NFPA 70E (2009)

A NFPA 70E (2009) apresenta um método simplificado para determinação

dos equipamentos de proteção individual para proteção contra arcos elétricos

através de tabelas. Estas tabelas dão respostas rápidas e não necessitam de

nenhum dado da instalação. Estas tabelas são para correntes de curto circuito e

com tempo de interrupção específico.

No documento da NFPA 70E (2009) está definido que cruzar a superfície de

proteção contra arco e entrar no espaço proibido é considerado como fazer contato

com condutores elétricos energizados expostos ou partes dos circuitos, conforme

figura 3. Entretanto pessoas qualificadas devem fazer o que segue:

• Realizar treinamento específico para trabalhar em condutores ou partes de

circuitos energizados;

• Apresentar planejamento documentado justificando a necessidade de

trabalhar em tal proximidade, aprovado pela gerência;

• Realizar uma análise preliminar de risco, aprovado pela gerência;

• Usar EPI apropriado para trabalhar com condutores energizados ou partes de

circuitos energizados, sendo apropriado para tensão e nível de energia

associado.

37

Figura 3: Limites de Aproximação, conforme Anexo C (NFPA70E,2009)

Quanto ao tipo e ao emprego do EPI adequado para riscos associados a

arco elétrico, a NFPA 70E (2009) apresenta uma tabela correlacionando a

“Categoria de risco (de 0, mínimo, para 4, máximo)”, os “sistemas de proteção

(indicando o número de camadas de roupas a serem usadas e a respectiva

suportabilidade mínima do EPI contra arco elétrico (em J/cm² e cal/cm²)).

4.1 LIMITE DE PROTEÇÃO CONTRA ARCOS ELÉTRICOS.

4.1.1 Nível de Tensão entre 50 e 600 Volts.

38

Nestes casos os cálculos para análise do arco elétrico não são realizados.

O limite de proteção do arco elétrico deve ser de 1,22 metros considerando um

tempo de interrupção de 2 ciclos (0,033 segundos, se 60 Hz) e corrente de curto-

circuito de 50 kA ou qualquer combinação que não exceda a 100 kA.ciclos (1667

ampéres.segundo). Quando está combinação excede a 100 kA.ciclos deve ser

calculado o limite de proteção contra arco elétrico.

4.1.2 Nível de Tensão acima de 600 Volts.

Para este nível de tensão, o limite de proteção contra arco elétrico deve ser

a distância na qual a energia incidente é igual a 5 J/cm² (1,2 cal/cm²). Para situações

onde o tempo de interrupção é igual ou menor que 0,1 segundos, o limite de

proteção contra arco elétrico deve ser uma distância na qual a energia incidente é

igual a 6,24 J/cm² (1.5 cal/cm²).

4.2 ANÁLISE DAS VESTIMENTAS DE PROTEÇÃO E OUTROS EPI PARA

PROTEÇÃO CONTRA ARCOS ELÉTRICOS.

Onde é determinado que o trabalho será realizado dentro do limite de

proteção contra arco elétrico identificado no itens 4.1.1 e 4.1.2, um dos seguintes

métodos deve ser usado para seleção da vestimenta de proteção e equipamentos

de proteção individual.

39

4.2.1 Análise da Energia Incidente.

A análise da energia incidente deve determinar, e o empregador deve

documentar, o nível de exposição do trabalhador (em cal/cm²). O nível de exposição

à energia incidente deve ser baseado na distância de trabalho do rosto do

trabalhador e da área do peito (caixa torácica) em relação à fonte do arco para uma

determinada tarefa a ser executada. A vestimenta de proteção resistente à fogo e os

outros EPIs devem ser usados pelo trabalhador baseado na exposição à energia

incidente associada com uma tarefa específica.

A NFPA 70E (2009), apresenta o anexo D como informação para estimar a

energia incidente, porém a mesma adverte que o anexo não é parte dos requisitos

da NFPA 70E (2009), porém está incluso com a finalidade de informação somente.

4.2.2 Categoria Risco.

A tabela 1 apresenta os requisitos das tabelas 130.7 (C)(9), da norma NFPA

70E (2009) quanto à classificação dos riscos. Os riscos são classificados de 0 a 4 ,

sendo 0 para menor risco e 4 para o risco maior de acordo com as tarefas realizadas

em equipamentos energizados. A tabela também informa se devem ser usadas

luvas de isolação e ferramentas manuais isoladas.

40

Tabela 1: Classificação dos Riscos e uso Luvas de Isolação e Ferramentas manuais Isoladas [Fonte: Tabela 130.7(C)(9) da NFPA 70E (2009) (continua...)

Execução de termografia infra-vermelha e outras inspeções sem contato fora da superficíe de aproximação restrira

0 NÃO NÃO

Acionamento de Disjuntor ou chave fusível com proteção 0 NÃO NÃOAcionamento de Disjuntor ou chave fusível sem proteção 0 NÃO NÃOTrabalho com condutores elétricos e partes de circuitos energizados, incluindo verificação de tensão

1 SIM SIM

Remover ou instalar Disjuntores ou chaves fusíveis 1 SIM SIMRemoção de coberturas aparafusadas ( expor sem isolamento, condutoreselétricos ou partes de circuitos energizados)

1 NÃO NÃO

Abertura de tampas articuladas ( expor sem isolamento, condutoreselétricos ou partes de circuitos energizados)

0 NÃO NÃO

Trabalho com condutores elétricos e partes de circuitos energizados de equipamentos de utlização diretamente alimentados por um circuito derivado do painel

1 SIM SIM

Execução de termografia infra-vermelha e outras inspeções sem contato forada superficíe de aproximação restrira

1 NÃO NÃO

Acionamento de Disjuntor ou chave fusível com proteção 0 NÃO NÃOAcionamento de Disjuntor ou chave fusível sem proteção 1 SIM NÃOTrabalho com condutores elétricos e partes de circuitos energizados, incluindo testes de tensão

2* SIM SIM

Trabalho com condutores elétricos e partes de circuitos energizados de equipamentos de utlização diretamente alimentados por um circuito do painel

2* SIM SIM


1 NÃO NÃO

Acionamento de Disjuntor, chave fusível ou de partida com porta do involúcrofechada

0 NÃO NÃO

Leitura de painel de medição enquanto opera chave do medidor 0 NÃO NÃOAcionamento de Disjuntor, chave fusível ou de partida com porta do involúcroaberta

1 NÃO NÃO

Trabalho com condutores elétricos e partes de circuitos energizados, incluindo verificação de tensão

2* SIM SIM

Trabalho com circuitos de controle com condutores elétricos ou partes decircuitos energizados até 120V ou menos, exposto

0 SIM SIM

Trabalho com circuitos de controle com condutores elétricos ou partes decircuitos energizados > 120V, exposto

2* SIM SIM

Inserção ou remoção individual de partidas nas gavetas no CCM - Nota 3 4 SIM NÃOAplicação de aterramento de segurança, após teste de tensão 2* SIM NÃORemoção de coberturas aparafusadas ( expor sem isolamento, condutoreselétricos ou partes de circuitos energizados) - Nota 3

4 NÃO NÃO

Abertura de tampas articuladas ( expor sem isolamento, condutoreselétricos ou partes de circuitos energizados) - Nota 3

1 NÃO NÃO

Trabalho com condutores elétricos e partes de circuitos energizados de equipamentos de utlização diretamente alimentados por um circuito do CCM

2* SIM SIM

Tarefas Executadas em Equipamentos EnergizadosCategoria de Risco

Luva de Isolação de

Isolação e Ferramentas

Quadros Elétricos e outros equipamentos em 240V ou menos - Nota 1

Quadros ou Quadros de Distribuição Elétrica com tensão nominal de 240V a 600 V (com disjuntor de caixa moldada ou caixa isolada) - Nota 1

CCM - Centro de Controle de Motores - 600 V - Nota 2 (excento onde indicado)

41

Tabela 1: Classificação dos Riscos e uso Luvas de Isolação e Ferramentas manuais Isoladas (tabela 130.7(C)(9) da NFPA 70E (2009)) (continua...)


2 NÃO NÃO

Acionamento de Disjuntor, chave fusível ou de partida com porta do involúcrofechada

0 NÃO NÃO

Leitura de painel de medição enquanto opera chave do medidor 0 NÃO NÃOAcionamento de Disjuntor, chave fusível ou de partida com porta do involúcroaberta

1 NÃO NÃO

Trabalho com condutores elétricos e partes de circuitos energizados,incluindo verificação de tensão

2* SIM SIM


0 SIM SIM


2* SIM SIM

Inserção ou remoção de disjuntores nas cubículos, portas abertas oufechadas

4 NÃO NÃO

Aplicação de aterramento de segurança, após teste de tensão 2* SIM NÃORemoção de coberturas aparafusadas ( expor sem isolamento, condutoreselétricos ou partes de circuitos energizados)

4 NÃO NÃO


2 NÃO NÃO

Iluminação ou pequenos transformadores de potência ( 600 V, máximo)Remoção de coberturas aparafusadas ( expor sem isolamento, condutores elétricos ou partes de circuitos energizados)

2* NÃO NÃO

Abertura de tampas articuladas ( expor sem isolamento, condutores elétricos ou partes de circuitos energizados)

1 NÃO NÃO

Trabalho com condutores elétricos e partes de circuitos energizados, incluindo medição de tensão

2* SIM SIM

Aplicação de aterramento de segurança, após teste de tensão 2* SIM NÃORemoção ou ligação de medidores de energia (kw-hora, na tensão e corrente primária)

2* SIM NÃO

Instalação ou remoção de cabos em valas ou bandejas cobertas 1 NÃO NÃOInstalação ou remoção de equipamentos diversos 1 NÃO NÃOTrabalho com condutores elétricos e partes de circuitos energizados,incluindo medição de tensão

2* SIM SIM

Aplicação de aterramento de segurança, após teste de tensão 2* SIM NÃOInserção ou remoção de equipamentos plug-in em barramento blindado (busway)

2* SIM NÃO


3 NÃO NÃO

Acionamento de Contator com involucro de portas fechadas 0 NÃO NÃOLeitura de painel de medição enquanto opera chave do medidor 0 NÃO NÃOAcionamento de Contator com involucro de portas abertas 2* NÃO NÃOTrabalho com condutores elétricos e partes de circuitos energizados,incluindo medição de tensão

4 SIM SIM


0 SIM SIM


3 SIM SIM

Inserção ou remoção de disjuntores nas cubículos, portas abertas oufechadas

4 NÃO NÃO

Aplicação de aterramento de segurança, após teste de tensão 3 SIM NÃORemoção de coberturas aparafusadas ( expor sem isolamento, condutoreselétricos ou partes de circuitos energizados)

4 NÃO NÃO


3 NÃO NÃO

Inserção ou remoção de chaves de partida nos cubículos com construçãoresistente a arcos, testados de acordo com IEEE C37.20.7, portas fechadassomente

0 NÃO NÃO

Tarefas Executadas em Equipamentos EnergizadosCategoria de Risco



NEMA E2 (Contator Fusível) Partida de Motores, 2,3 a 7,2 kV

Outros equipamentos - Classe 600 V - (277 V através 600 V, nominal) Nota 2 (Exceto onde indicado)

Quadro Blindado - Classe 600 V - (com disjuntores de potência ou chaves fusíveis) Nota 4

42

Tabela 1: Classificação dos Riscos e uso Luvas de Isolação e Ferramentas manuais Isoladas (Tabela 130.7(C)(9) da NFPA 70E (2009))


3 NÃO NÃO

Acionamento de Disjuntor com porta do involúcro fechada 2 NÃO NÃOLeitura de painel de medição enquanto opera chave do medidor 0 NÃO NÃOAcionamento de Disjuntor com porta do involúcro aberta 4 NÃO NÃOTrabalho com condutores elétricos e partes de circuitos energizados,incluindo medição de tensão

4 SIM SIM


2 SIM SIM


4 SIM SIM

Inserção ou remoção de disjuntores nas gavetas, portas abertas oufechadas

4 NÃO NÃO

Aplicação de aterramento de segurança, após teste de tensão 4 SIM NÃORemoção de coberturas aparafusadas ( expor sem isolamento, condutoreselétricos ou partes de circuitos energizados)

4 NÃO NÃO


3 NÃO NÃO

Abertura compartimentos de transformador de tensão ou transformador depotência

4 NÃO NÃO

Acionamento de Disjuntor com porta do involúcro fechada 0 NÃO NÃOInserção ou remoção de disjuntores no cubículo com porta fechada 0 NÃO NÃOInserção ou remoção de disjuntores no cubículo com porta aberta 4 NÃO NÃOTrabalho com circuitos de controle com condutores elétricos ou partes decircuitos energizados até 120V exposto

2 SIM SIM

Inserção ou remoção de aterramento de teste em equipamentos com portafechada

0 NÃO NÃO

Inserção ou remoção de transformadores de tensão ligado ou desconexãobarramento com porta fechada

0 NÃO NÃO

Cubículo blindado, com chave fusível ou nãoAcionamento chave tipo resistente à arco, ensaiada de acordo com IEEE C37.20.7, porta somente fechada

0 NÃO NÃO

Acionamento de chave , portas fechada 2 NÃO NÃOTrabalho com condutores elétricos e partes de circuitos energizados, incluindo medição de tensão

4 SIM SIM

Remoção de coberturas aparafusadas ( expor sem isolamento, condutores elétricos ou partes de circuitos energizados)

4 NÃO NÃO

Abertura de tampas articuladas ( expor sem isolamento, condutores elétricos ou partes de circuitos energizados)

3 NÃO NÃO

Desconexão externo da chave (acionamento com vara de manobra) 3 Y SIMDesconexão externo da chave (gang-operated, from grade) 2 Y NÃOVerificação da isolação de cabos, em entradas de inspeção ou espaçosconfinados

4 Y NÃO

Verificação da isolação de cabos, em área aberta 2 Y NÃO

d) Para sistemas com tensão nominal menor que 1000 V, a corrente de curto-circuitoe o tempo de interrrupção do

3. Máxima corrente de curto-circuito: 42 kA, tempo máximo de interrupção da falta: 0,33 segundos ( 20 ciclos)4. Máxima corrente de curto-circuito: 35 kA, tempo máximo de interrupção da falta: 0,5 segundos ( 30 ciclos)

e) Para sistemas com tensão nominal maior que 1000 V, a categoria de risco/perigo são baseados em uma distância de f) Para equipamentos protegidos por fusíveis limitador de corrente à montante com corrente do arco elétrico em sua faixa

Notas Especifícas (conforme referenciado nas tabelas)1. Máxima corrente de curto-circuito: 25 kA, tempo máximo de interrupção da falta: 0,03 segundos ( 2 ciclos)2. Máxima corrente de curto-circuito: 65 kA, tempo máximo de interrupção da falta: 0,03 segundos ( 2 ciclos)

Outros equipamento - 1 a 38 kV

Notas Gerais:a) Luvas de isolação de borracha para máxima tensão nominal fase-fase no qual o trabalho será feito.b) Isolação e ferrramentas manuais isoladas para máxima tensão nominal fase-fase onde o trabalho será feito, e deverão c) SIM = uso obrigatório NÃO = uso não obrigatório

Cubículo Blindado - 1 a 38 kV

Cubículo Blindado resistente à arco tipo 1 ou 2 (com tempo de interrupção <0,5 segundos com previsão de que a corrente de falta não exceda ao limite de resistência do arco do equipamento

Categoria de Risco



Tarefas Executadas em Equipamentos Energizados

43

4.2.3 Vestimentas de Proteção e Equipamentos de Proteção Individual

Uma vez definida a categoria dos riscos identificados na tabela 1 (tabela

130.7(C)(9) da NFPA 70E (2009) , a tabela 2 (tabela 130.7(C)(10) da NFPA 70E

(2009)) determina qual deve ser os EPIs necessários para realização da tarefa. A

tabela 2 lista as vestimentas e outros equipamentos de proteção baseado na

categoria de risco. Estas vestimentas e equipamentos devem ser usados quando

trabalha-se dentro da área de proteção contra arco.

Os EPIs recomendados nesta norma pretendem proteger as pessoas contra

arcos e choques elétricos. Embora algumas situações possam resultar em

queimaduras na pele, mesmo com as proteções descritas na tabela 1, os danos das

queimaduras seriam reduzidos e a possibilidade de sobrevivência aumentada.

Devido aos efeitos explosivos de alguns eventos de arcos elétricos, traumas físicos

podem ocorrer. Os EPIs recomendados nesta norma não protegem contra traumas

físicos originados pelos efeitos térmicos de um arco elétrico.

Tabela 2: Vestimentas de Proteção e Equipamentos de Proteção Individual (Tabela 130.7(C)(10) da NFPA 70E (2009)) (continua...)

Vestimenta de Proteção, com tecido não fundente (nonmelting), de acordo com ASTM F 1506-00, ou fibra natural não tratada

Camisa manga longa Calças

Equipamentos de Proteção Antichama (FR-Flame Resistant)

Óculos de Segurança ou óculos de proteção Proteção Auditiva Luvas de Couro (opcional) - Nota 2

Vestimenta de Proteção e EPIs

Perigo/Risco Categoria 0

Categoria de Perigo/Risco

44

Tabela 2: Vestimentas de Proteção e Equipamentos de Proteção Individual (Tabela 130.7(C)(10) da NFPA 70E (2009)) (continua...)

Vestimenta de Proteção, proteção contra arco mínimo 4 cal/cm² (16,74 J/cm²) - Nota 1

Camisa manga longa arco elétrico- Nota 3 Calça arco elétrico - Nota 3 Macacão arco elétrico- Nota 4 Proteção Facial ou Capuz de Proteção contra arco - nota 7 casaco, jaqueta ou roupa de chuva arco elétrico(opcional)-


Capuz Óculos de Segurança ou óculos de proteção Proteção Auditiva (inserir no canal do ouvido) Luvas de Couro (opcional) - Nota 2 Sapatos de Couro (opcional)


Camisa manga longa Arco Elétrico- Nota 5 Calça Arco Elétrico - Nota 5 Macacão Arco elétrico- Nota 6 Proteção Facial ou Capuz de Proteção contra arco - nota 7 casaco, jaqueta ou roupa de chuva (opcional) -


Capuz Óculos de Segurança ou óculos de proteção Proteção Auditiva Luvas de Couro (opcional) - Nota 2 Sapatos de Couro


Camisa manga longa arco elétrico - Nota 5 Calça arco elétrico - Nota 5 Macacão Arco elétrico- Nota 6 P Capuz de Proteção contra arco - nota 10 casaco, jaqueta ou roupa de chuva (opcional)


Capuz Óculos de Segurança ou óculos de proteção Proteção Auditiva Luvas de Couro (opcional) - Nota 2 Sapatos de Couro

Vestimenta de Proteção, proteção contra arco mínima 25 cal/cm² (104,6 J/cm²) - Nota 1

Camisa manga longa arco elétrico - Nota 8 Calça arco elétrico - Nota 8 Macacão arco elétrico - Nota 8 Blusão - Nota 8 Capa de Proteção contra arco - nota 8 Capuz de proteção contra arco elétrico - Nota 8 Casaco, jaqueta ou roupa de chuva (opcional) -


Capuz Toca Antichama Óculos de Segurança ou óculos de proteção Proteção Auditiva Luvas de Couro - Nota 2 Sapatos de Couro

Categoria de Perigo/Risco Vestimenta de Proteção e EPIs



Perigo/Risco Categoria 2*


45

Tabela 2: Vestimentas de Proteção e Equipamentos de Proteção Individual (Tabela 130.7(C)(10) da NFPA 70E (2009)).

Vestimenta de Proteção, proteção contra arco mínima 40 cal/cm² (167,36 J/cm²) - Nota 1

Camisa manga longa arco elétrico (OBR)- Nota 9 Calça arco elétrico (OBR)- Nota 9 Macacão arco elétrico(OBR) - Nota 9 Blusão (OBR)- Nota 9 Capa de Proteção contra arco (OBR)- nota 9 Capuz de proteção contra arco elétrico(OBR) - Nota 9 Casaco, jaqueta ou roupa de chuva (OP)


Capacete Toca Antichama (OBR) Óculos de Segurança ou óculos de proteção (DE) Proteção Auditiva Luvas de Couro arco elétrico- Nota 2 Sapatos de Couro

Categoria de Perigo/Risco Vestimenta de Proteção e EPIs

7. Uma proteção facial com mínimo 4 cal/cm² para categoria de risco/perigo 1 ou mínimo 8 cal/cm² paracategoria de risco/perigo 2, com proteção envolta não somente do rosto, mas também da testa, nosouvidos e no pescoço (ou alternativamente, capuz de proteção contra arco elétrico, é necessário


OP = OPCIONAL OBR = OBRIGATÓRIO DE = DE ARCORDO COM A SELEÇÃO

8. Uma alternativa é usar sistema completo de vestimenta antichama e capuz, no qual deve ter nomínimo 25 cal/cm² para categoria de risco/perigo 3

9. Um sistema completo de vestimenta consiste de camisa e calça antichama e/ou macacão antichamae/ou casaco e calça arco elétrico e capuz devem ter no mínimo 40 cal/cm² para categoria de risco 410. Uma alternativa para proteção facial com no mínimo 8 cal/cm2 e balaclava com no mínimo 8 cal/cm²e com cobertura do rosto, cabeça e pescoço exceto para os olhos e área do nariz

Notas:

1. Veja tabela 130.7(C)(11) da NFPA 70E 2009. Nível da vestimenta ou sistema de vestimenta expressoem cal/cm²2. Se as luvas de isolação de borracha com proteção de couro for necessário de acordo com a tabela130.7(C)(9), couro ou luvas de proteção contra arco adicionais não são necessária. A combinação deluvas de isolação de borracha com proteção de couro satisfaz os requisitos de proteção contra arcoselétricos.3. As camisas e calças antichama usados para categoria de risco/perigo 1 devem ter no minimo 4cal/cm² (16,74 J/cm²)

4. Alterntiva é usar macacão antichama (mínimo 4 cal/cm²) ao invés de camisa e calça antichama

5. As camisas e calças antichama usados para categoria de risco/perigo 2 devem ter no minimo 8cal/cm² (33,47 J/cm²)

6. Alterntiva é usar macacão antichama (mínimo 8 cal/cm²) ao invés de camisa e calça antichama

4.2.4 Características das Vestimentas de Proteção

A tabela 3 (tabela 130.7(C)(11) da NFPA 70E (2009)) lista exemplos de

sistemas de vestimentas de proteção e as características típicas, incluindo grau de

46

proteção, para várias vestimentas. A vestimenta de proteção selecionada de acordo

com a categoria de risco determinado na tabela 1 (incluindo as notas associadas) e

os requisitos da tabela 2 deve ter o nível de proteção de no mínimo o apresentado

na última coluna da tabela 3.

Tabela 3: Características das Vestimentas de Proteção (Tabela 130.7(C)(11) da NFPA 70E (2009))

Categoria de Risco/Perigo

Descrição da Vestimenta

Nível mínimo de Proteção contra arco do EPI

[J/cm²(cal/cm²)]

0

não fundente (nonmelting), material flamável(istoé, algodão sem tratamento, lã, raiom, seda, oua combinação destes materiais), comgramatura mínima de 152 g/m²

Não Aplicável

1 Camisa e calça antichamas ou macacãoantichama

16,74 (4)

2 Camisa e calça antichamas ou macacãoantichama

33,47 (8)

3

Camisa e calça antichamas ou macacãoantichama, e roupa de proteção contra arcoselecionada de forma atenda o requisitosmínimo do nível de proteção desejado

104,60 (25)

4

Camisa e calça antichamas ou macacãoantichama, e roupa de proteção contra arcoselecionada de forma atenda o requisitosmínimo do nível de proteção desejado

167,36 (40)

O nível de proteção, última coluna da tabela 3, é definido em ATPV(Arc

Thermal Performance Value) ou EBT (Breakopen Threshold Energy), que são

definido pela ASTM (American Society for Testing and Materials) na norma ASTM F

1959 “Standard Test Method For Determining the Arc Thermal Performance Value of

Material for Clothing”, que estabelece os critérios de teste para medir a característica

dos tecidos quando sujeitos à arcos elétricos.

Esta característica, chamada ATPV, é definida como o valor da energia

incidente que o material ou sistema multicamadas do material que resulta em 50%

47

de probabilidade que a transferência de calor suficiente através de testes em

amostras é prognosticada para causar o começo de uma queimadura de segundo

grau, em cal/cm², conforme figura 4.

Figura 4: Definição ATPV e EBT (TOMIYOSHI, 2004)

Em alguns casos, a medição em ATPV se torna muito difícil de ser medido

devido à combustão do tecido. Nestes casos é definido um valor equivalente

denominado EBT

que é o valor médio dos 5 valores máximos de energia incidente

que não provoca o “break open” do tecido e não exceda o limiar de queimadura do

segundo grau. O “break-open” é definido como qualquer abertura na camada interna

(próximo a parte protegida) maior do que 0,5 pol2 em área ou rachadura maior do

que 1 polegada em comprimento (TOMIYOSHI, 2004).

48


DE ARCOS ELÉTRICOS DE ACORDO COM IEEE Std 1584 (2002)

5.1 ANÁLISE DO PROCESSO

Uma análise do processo do arco elétrico deve ser executada com ou como

continuação dos estudos de curto-circuito e dos estudos de coordenação dos

dispositivos de proteção. Os resultados dos estudos de curto-circuito são usados

para determinar o ciclo da corrente de falta, tempo de interrupção e as correntes de

curto-circuito suportável pelos equipamentos elétricos. Os resultados dos estudos de

coordenação dos dispositivos de proteção são usados para determinar o tempo

necessário para os dispositivos elétricos isolar uma condição de sobrecarga ou

curto-circuito. Os resultados dos estudos de curto-circuito e dos estudos de

coordenação dos dispositivos de proteção provêm informações necessárias para

realizar uma análise dos perigos do arco elétrico. Os resultados da análise do arco

elétrico são usados para identificar limite de proteção do arco elétrico e a energia

incidente determinando a distância de trabalho em qualquer situação nos níveis de

geração, transmissão, distribuição ou sistema de utilização de energia elétrica.

Para realizar uma análise do processo são necessários 9 passos conforme

segue:

� Passo 1: Coleta de Dados do Sistema e da Instalação

Um grande esforço no estudo de arco elétrico é coletar os dados de campo.

Mesmo em plantas com diagramas unifilares atualizados, curvas tempo-corrente,

49

estudos de curto-circuito em um computador, a parte de estudo de campo irá tomar

aproximadamente metade dos esforços.

Embora os dados necessários para este estudo sejam similares aos dados

coletados para estudos típicos de curto-circuito e coordenação dos dispositivos de

proteção, além disso tudo, a distribuição de baixa tensão, mais o alimentador dos

equipamentos de controle e os extensos circuitos derivados devem ser incluído.

Começando pela revisão do diagrama unifilar, dos equipamentos elétricos e

dos esquemas de organização com as pessoas que estão familiarizadas com a

instalação. Os diagramas podem ter que ser atualizado para mostrar o sistema de

configuração atual e orientar o início do estudo do arco elétrico. Os diagramas

unifilares devem incluir todos os alimentadores alternativos. Se um diagrama unifilar

não existe, ele deve ser criado.

Quando o esquema básico do sistema elétrico está completo nos

diagramas, adiciona-se os dados necessários para o estudo de curto-circuito. O

estudo deve levar em conta todas as fontes, incluindo a concessionária, geradores

auxiliares de energia, e motores grandes, aqueles maiores que 37 kW que

contribuem para curto-circuito. Os diagramas devem mostrar todos os

transformadores, linhas de transmissão, circuitos de distribuição, sistemas de

aterramento elétrico, reatores limitadores de correntes e outros equipamentos

limitadores de corrente, correção ou estabilização de tensão, capacitores, chaves de

desligamento, disjuntores, centro de controle de motores (CCMs), painéis e

cubículos incluindo equipamentos de proteção, chaves fusíveis incluindo tipo e

tamanho dos fusíveis, alimentadores e circuitos derivados, bem como motores

menores que 600 Volts, e transformadores para instrumentos de energia e

50

equipamentos de proteção. Equipamentos abaixo de 240 Volts não necessitam ser

considerados a não ser que tenham pelo menos 125 kVA .

� Passo 2: Determinar os modos de operação do sistema:

Em locais com simples sistema de distribuição radial há somente um modo

de operação normal, mais há sistemas mais complexos que pode ter vários modos

de operação. Exemplos de modo;

− Subestação primária com um ou mais alimentador primário;

− Subestação primária com dois transformadores com a ligação secundária

aberta ou fechada;

− Centro de Controle de Motores (CCMs) com um ou mais alimentador, um

ou mais energizado;

− Gerador de energia ligado em paralelo com a concessionária de energia

ou em standby.

É importante determinar a corrente de curto-circuito para os modos de

operação que tem a maior e menor corrente de curto-circuito.

� Passo 3: Determinar a corrente de curto-circuito sólida

Entrar com todos os dados de um diagrama unifilar e os dados coletados em

um programa de curto-circuito. Comercialmente há programas que executam

milhares de barramentos e permite fácil chaveamento entre os modos de operação.

Encontrar a corrente de curto-circuito sólida e a taxa de X/R (o quociente entre

51

impedância e resistência elétrica), em cada ponto de interesse, normalmente todos

os locais onde os trabalhadores possam está trabalhando.

É importante incluir todos os cabos porque errar para acima não é

necessariamente aumentar a segurança: isto pode reduzí-la. Correntes de curto-

circuito menores freqüentemente persistem mais do que correntes menores como

mostrar as curvas de tempo versus corrente nos dispositivos de proteção.

� Passo 4: Determinar a corrente do arco elétrico

A corrente de arco elétrico no ponto de interesse e a parcela da corrente que

passa através do primeiro equipamento de proteção a montamte deve ser

encontrada.

A corrente de arco elétrico depende principalmente da corrente de curto-

circuito sólida. A corrente de curto-circuito sólida em um equipamento de proteção

pode ser encontrada nos estudos de curto-circuito contemplando um só sentido. Isto

separará as contribuições do alimentador normal, da alimentação alternativa, e dos

motores a jusante.

A corrente do arco elétrico pode ser calculada. O cálculo da corrente de arco

elétrico será menor que a corrente de curto-circuito sólida devido a impedância do

arco, especialmente em aplicação abaixo de 1000 Volots. Para aplicações em média

tensão a corrente do arco elétrico é ainda um pouco menor que a corrente de curto-

circuito sólida, e deve ser calculada.

52

� Passo 5: Encontrar as Características dos Dispositivos de Proteção e a

Duração do Arco Elétrico.

Nos levantamentos de campo a curvas de tempo versus corrente dos

dispositivos de proteção podem ter sido encontradas. Se não, as mesmas deve ser

calculadas. Para um estudo simples, é possível usar as características dos

dispositivos de proteção, que podem ser encontrada nos catálogos dos fabricantes.

Para fusíveis, as curvas de tempo versus corrente dos fabricantes pode

incluir o tempo de fusão e de interrupção. Neste caso, usa-se o tempo de

interrupção. Se eles mostram somente a média do tempo de fusão, soma-se 15% no

tempo de fusão, para até 0,03 segundos, e soma-se 10% no tempo de fusão acima

de 0,03 segundos para determinar o tempo total da interrupção. Se a corrente do

arco é acima do tempo total de interrupção na parte inferior da curva (0,01 segundo),

use 0,01 segundo para o tempo.

Para disjuntores com unidades de disparo, os fabricantes incluem a curva

tempo versus corrente, incluindo tempo de disparo e o tempo de interrupção.

Para relés operados por disjuntores, a curva do relé mostra somente o

tempo de operação do relé na região de tempo-atraso. Para relés operando na

região instantânea, possibilita-se operar em 16 milissegundos em sistemas de 60

Hz. O tempo de abertura dos disjuntores devem ser somados. A Tabela 4 (tabela 1

da IEEE-1584 (2002)) mostra recomendações de tempo de operação para

disjuntores de potência. Tempos de abertura para disjuntores específicos podem ser

verificados consultando a literatura do fabricante.

53

Tabela 4: Tempos de Abertura para Disjuntores de Potência ( IEEE-1584 (2002))

Disjuntor (tensão Nominal e Tipo)Tempo de Abertura em 60 Hz

(ciclos)Tempo de Abertura

(segundos)

Baixa tensão (>1000V) caixamoldada e unidade de disparo

1,50 0,03

Baixa tensão (>1000V) caixaisolada com unidade de disparoou operado por relé

3,00 0,05

Média Tensão (1 a 35 kV) 5,00 0,08Alta tensão > 35 kV) 8,00 0,13

� Passo 6: Documentar o sistema de Tensão e a Classe dos Equipamentos.

Para cada condutor ou barramento, documentar o sistema de tensão e a

classe do equipamento como mostra a tabela 5 (tabela 2 da IEEE-1584 (2002)). Isto

permitirá aplicar as equações baseadas na norma da classe do equipamento e as

distancia entre condutores ou barramentos como mostrado na tabela 5.

Tabela 5: Distância Típica Condutores ou Barramento (IEEE-1584 (2002))

Classe dos EquipamentosDistância Típica condutores ou

barramento (mm)Painel de 15 kV 152,00Painel de 5 kV 104,00Painel de Baixa Tensão 32,00

Centro de Controle de Motores (CCMs) e Quadros Elétricos de Baixa tensão

25,00

Cabos 13,00outros Não necessário

� Passo 7: Selecionar a Distância de Trabalho.

A proteção contra arco elétrico é sempre baseado no nível de energia

incidente no rosto ou corpo do trabalhador na distância de trabalho, não a energia

incidente nas mãos ou braços. O grau do dano em uma queimadura depende da

54

porcentagem da pele da pessoa que é queimada. A cabeça e o corpo é uma grande

porcentagem total da área da superfície da pele e os danos para estás áreas é muito

mais perigosa para a vida do que as queimaduras das extremidades. As distâncias

típicas de trabalho são mostradas na tabela 6 (tabela 3 da IEEE-1584 (2002)).

Tabela 6: Distância Típica de Trabalho (Tabela 3 da IEEE-1584 (2002))

Classe dos EquipamentosDistância Típica de trabalho

(mm)Painel de 15 kV 910,00Painel de 5 kV 910,00Painel de Baixa Tensão 610,00

Centro de Controle de Motores (CCMs) e Quadros Elétricos de Baixa tensão

455,00

Cabos 455,00outros ser determinado em campo

As distâncias típicas apresentadas na tabela 6 é a soma das distâncias entre

o trabalhador, estando em frente do equipamento, e da frente do equipamento para

fonte potencial do arco dentro do equipamento.

� Passo 8: Determinar a Energia Incidente para todos os equipamentos.

Um programa para calcular a energia incidente deve ser selecionado. O

capítulo 6 da IEEE-1584 (2002) identifica e discute dois programas (planilhas de

cálculo do Excel) para calcular a energia incidente incluso na própria IEEE-1584

(2002). Em cada um desses programas, as equações do modelo que aparece no

capítulo 5 da IEEE-1584 (2002), estão embutidos nas planilhas de cálculo do Excel.

55

� Passo 9: Determinar o limite de proteção contra arco elétrico.

Para encontrar o limite de proteção contra arco elétrico, as equações para

encontrar a energia incidente podem ser resolvidas para a distância da fonte do arco

elétrico no qual o início de uma queimadura de segundo grau possa ocorrer. A

energia incidente deve ser estabelecida na mínima energia além dos limites que

uma queimadura de segundo grau possa ocorrer. Os programas incluem o limite de

proteção contra arco elétrico baseado em uma energia incidente de 5,0 J/cm² (1,2

cal/cm²).

5.2 MODELO PARA CÁLCULO DA ENERGIA INCIDENTE

Aqui um modelo derivado empiricamente é fornecido para possibilitar os

cálculos.

5.2.1 Limitações do Modelo

O modelo derivado empiricamente, baseado em análises estatísticas e

curvas de programas e extensos ensaios, e é aplicável para sistemas com:

• Tensão entre 208 e 15.000 V – trifásico; • Freqüência de 50 hz e 60 hz; • Corrente de curto circuito franca entre 700 A e 106.000 Ampéres; • Aterramento de sistema sólido e isolado com e sem resistência; • Arco dentro do invólucro de equipamentos e em locais abertos; • Espaçamento entre condutores 13 e 152 mm; • Curtos circuitos trifásicos.

56

Um modelo derivado teoricamente, baseado no artigo de Lee (1982), é

aplicável para sistemas trifásicos em ambientes abertos: subestações, sistemas de

transmissão e distribuição, caso contrário este modelo proporciona resultados

conservativos.

5.2.2 Corrente do Arco Elétrico

Para calcular a corrente de arco trifásica deve-se procurar o tempo de

operação dos equipamentos de proteção:

a) Para tensão do sistema menor que 1.000 V:

Log Ia = K+0,662.Log Ibf + 0,0966.V + 0,000526.G+0,558.V(Log Ibf)-0,00304.G(Log Ibf)

Onde:

Log Logaritmo na base 10

Ia Corrente do arco elétrico (kA)

K (- 0,153) para configuração aberta

(- 0,097) para configuração em caixa fechada

Ibf Corrente presumida de curto circuito sólido trifásico simétrico valor r.m.s (kA)

V Tensão do sistema (kV)

G Distância dos condutores (mm) – conforme tabela 7 (tabela 4 da IEEE-1584

(2002))

57

b) Para tensão do sistema entre 1.000 V e 15.000 V;

Log Ia = 0,00402+ 0,983Log Ibf

Convertendo Log:

Ia = 10Log Ia

Para este nível de tensão não há distinção entre configurações abertas e

caixas fechadas.

Repetir o cálculo para uma corrente igual a 85% de Ia assim uma segunda

duração do arco pode ser determinado.

Tabela 7: Sistemas de Tensão e Distâncias Típica de Condutores (Tabela 4 da IEEE-1584 (2002))

Tensão do sistema (kV) Tipo de EquipamentoDistância Típica condutores ou

barramento (mm)Expoente de Distância x

Ar aberto 10,00-40,00 2,000Painel de Distribuição 32,00 1,473

CCM e Painel 25,00 1,641Cabos 13,00 2,000

Ar aberto 102,00 2,000Painel de Distribuição 13,00-102,00 0,973

Cabos 13,00 2,000Ar aberto 13,00-153,00 2,000

Painel de Distribuição 153,00 0,973Cabos 13,00 2,000

0,208 a 1,0

>1 a 5

>5 a 15

5.2.3 Energia Incidente para Tensões entre 0,208kV a 15 kV

Primeiro encontre o Log10 da energia incidente normalizada. Esta equação é

baseada em dados normalizados para um tempo de arco de 0,20 segundos e uma

distância possível do ponto do arco para a pessoa de 610 mm.

Log En = K1+ K2 + 1,081.Log Ia + 0,0011.G

58

Onde:

En energia incidente normalizada (J/cm2) para tempo de 0,20 segundos e

distância de 610 mm.

K1 (- 0,792) para configuração aberta (sem invólucro)

(- 0,555) para configuração em caixa (equipamento enclausurado)

K2 ( 0 ) para sistema isolado e aterrado por alta resistência

(- 0,113) para sistema solidamente aterrado

G É a distancia dos condutores em mm (barramento) – conforme tabela 7

Então:

En = 10LogEn

Finalmente, converte-se da normalizada:

E = 4,184.Cf.En

x

x

D

t 610.

2,0

Onde:

E É a energia incidente (J/cm2)

Cf É o fator de cálculo

1,5 para tensão igual ou menor do que 1 kV

1,0 para tensão acima de 1 kV

En É a energia normalizada

t Tempo do arco (segundos)

D Distancia do ponto do arco (mm)

x É o expoente de distancia, conforme tabela 7

59

5.2.4 Energia Incidente para Tensões acima de 15 kV

Para casos onde a tensão é acima de 15 kV, ou a distância entre

barramentos (ou condutores) está fora dos limites do modelo, o método teórico de

Lee (1982) pode ser aplicado.

E = 2,142.106.V.Ibf

2

.D

t

Onde:

E É a energia incidente (J/cm2)

V É a tensão do sistema (kV)


D Distancia do ponto do arco (mm)

Ibf É a corrente de curto-circuito.

Para tensões acima de 15 kV, a corrente de curto-circuito é considerada igual a

corrente de curto circuito sólido.

5.2.5 Limite de Proteção Contra Arco Elétrico

Derivado do modelo empírico, tem-se que:

60

DB =x

b

x

E

tEnCf

1

610

2,0...184,4

ou

DB =

B

bfE

tIV ...10.142,2

6

Onde:

DB Distancia de proteção do ponto do arco (mm)

Cf É o fator de cálculo

1,5 para tensão igual ou menor do que 1 kV

1,0 para tensão acima de 1 kV

En É a energia normalizada

EB É a energia incidente (J/cm2) na distância de proteção


x É o expoente de distancia, conforme tabela 7

Ibf É a corrente de curto-circuito.

EB pode ser especificada para 5,0 J/cm2 na pele, sem proteção.

61

6 ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE A METODOLOGIA DA NFPA 70E (2009) E

A IEEE STD-1584 (2002).

Para servir de auxílio na comparação entre as metodologias da NFPA 70E

(2009) e a IEEE 1584 (2002), será apresentado um estudo caso, muito comum em

instalações industriais no Brasil.

6.1 ESTUDO DE CASO

A figura 5 ilustra um diagrama unifilar de uma instalação elétrica, onde o

fornecimento de energia elétrica é feito pela concessionária de energia elétrica em

média tensão, isto é 13,8 kV. Na instalação existe uma subestação com

transformador de potência de 500 kVA que abaixa a tensão de 13,8 kV para 380

Volts. Há também um Quadro Geral de Baixa Tensão 1 (QGBT-1) que alimenta 03

motores trifásicos, 01 de 110 kW e outro de 250 kW, do QGBT-1 é originado um

circuito que alimenta o Quadro de Distribuição (QD-1), que por sua vez alimenta um

motor de 37 kW e uma carga reserva de 52 kw.

O objetivo é determinar qual o nível de proteção para a vestimenta para

proteção contra arcos elétricos nos pontos 1 e 2 (P1 e P2), para isto, dispõe-se das

seguintes informações:

• Ponto P1: no QGBT-1

− Corrente de curto-circuito: 24,719 kA

62

− Tempo de abertura do dispositivo de proteção (disjuntor DJ1): 0,034

segundos

• Ponto P2: no QD-1

Corrente de curto-circuito: 13,587 kA

Tempo de abertura do dispositivo de proteção (disjuntor DJ1): 0,025 segundos

TRANSFORMADOR DE POTÊNCIAPotência: 500 kVA13,8/0,38 kVZ% = 4%

10 metros2 x ( 3F#240 mm² + N#240mm² + T#120 mm²

DJ1800A

DJ2200A

DJ3315 A

DJ4500A

MOTOR M23~

Potência: : 250 kW380 Vtrifásico

20 metros3F#120 mm² + T#70 mm²

25 metros2x(3F#120 mm² + T#70 mm²)

MOTOR M13~


DJ390 A

20 metros3F#120 mm² + T#70 mm²

MOTOR M33~


QGBT-1

DJ5200 A

CARGA RESERVA52 kW

QD-1

xP1

xP2

Figura 5: Esquema Unifilar

63

6.1.1 Determinação da Vestimenta de acordo com a NFPA 70E (2009).

Para determinar do nível de proteção da vestimenta para trabalhar nos

pontos P1 e P2, isto é, nos QGBT-1 e no QD-1, deve-se fazer a classificação do

risco de acordo com a tarefa a ser executada, baseado na tabela 1 (tabela

130.7(C)(9) da norma ), conforme segue:

• Ponto P1

− Tarefa a ser realizada:

Trabalho com condutores elétricos e partes de circuitos energizados, incluindo

testes de tensão, em quadros elétricos com tensão entre 240 V a 600V,

disjuntores caixa moldada ou caixa isolada.

− Classificação do risco: 2*

− Uso de luvas de borrachas isoladas: sim

− Uso de ferramentas manuais isoladas: sim

Portanto, de acordo com a tabela 3 (tabela 130.7(C)(11) da NFPA 70E

(2009)), deve-se usa camisa e calça antichamas ou macacão antichama, com nível

de proteção de 33,47 J/cm² ( 8 cal/cm²).

• Ponto P2

− Tarefa a ser realizada:

64

Trabalho com condutores elétricos e partes de circuitos energizados, incluindo

testes de tensão, em quadros elétricos com tensão entre 240 V a 600V,

disjuntores caixa moldada ou caixa isolada.

− Classificação do risco: 2*

− Uso de luvas de borrachas isoladas: sim

− Uso de ferramentas manuais isoladas: sim

Portanto, de acordo com a tabela 3 (tabela 130.7(C)(11) da NFPA 70E

(2009)), deve-se usa camisa e calça antichamas ou macacão antichama, com nível

de proteção de 33,47 J/cm² ( 8 cal/cm²).

6.1.2 Determinação da Vestimenta de acordo com o IEEE-1584 (2002).

De acordo com a IEEE-1584 (2002) para determinar o nível de proteção

contra arcos elétricos deve-se seguir os seguintes passos:

� Passo 1: Coleta de Dados do Sistema e da Instalação.

Coletou-se todos os dados para elaboração do diagrama unifilar

� Passo 2: Determinar os modos de operação do sistema:

O modo de distribuição radial simples.

65

� Passo 3: Determinar a corrente de curto-circuito sólida.

− Ponto P1: no QGBT-1, Corrente de curto-circuito sólida: 24,719 kA

− Ponto P2: no QD-1, corrente de curto-circuito sólida: 13,587 kA

� Passo 4: Determinar a corrente do arco elétrico

• Ponto P1: no QGBT-1, Corrente de curto-circuito sólida: 24,719 kA

Para tensão do sistema menor que 1.000 V:

Log Ia = K+0,662.Log Ibf + 0,0966.V + 0,000526.G+0,5588.V(Log Ibf)-0,00304.G(LogIbf)

Para :

K = - 0,097 para configuração em caixa fechada

Ibf = 24,719 kA

V = 0,38 kV

Temos que:

Log Ia = 1,039

Portanto, Corrente do Arco elétrico: Ia = 10,93 kA

• Ponto P2: no QD-1, Corrente de curto-circuito sólida: 13,587 kA

Para tensão do sistema menor que 1.000 V:

Log Ia = K+0,662.Log Ibf + 0,0966.V + 0,000526.G+0,5588.V(Log Ibf)-0,00304.G(LogIbf)

Para : K = - 0,097 para configuração em caixa fechada

Ibf = 13,587 kA

66

V = 0,38 kV

Temos que:

Log Ia = 0,83705

Portanto, Corrente do Arco elétrico: Ia = 6,871 kA

� Passo 5: Encontrar as Características dos Dispositivos de Proteção e a

Duração do Arco Elétrico.

− Ponto P1: no QGBT-1, tempo de abertura do dispositivo de proteção

(disjuntor DJ1): 0,034 segundos

− Ponto P2: no QD-1, tempo de abertura do dispositivo de proteção

(disjuntor DJ1): 0,025 segundos.

� Passo 6: Documentar o sistema de Tensão e a Classe dos Equipamentos.

De acordo com a Tabela 8 (Tabela 4 da IEEE-1584 (2002)), temos que a

distância típica entre barramentos é de 32 mm para painel de distribuição em

baixa tensão.

� Passo 7: Selecionar a Distância de Trabalho.

De acordo com a Tabela 6 (Tabela 3 da IEEE-1584 (2002)), temos que a

distância típica de trabalho é de 610 mm para painel de distribuição em baixa

tensão.

� Passo 8: Determinar a Energia Incidente para todos os equipamentos.

Primeiramente deve-se calcular a energia normalizada.

67

Log En = K1+ K2 + 1,081.Log Ia + 0,0011.G

Onde:

En =energia incidente normalizada (J/cm2).

K1 = - 0,555 (para configuração em caixa, equipamento enclausurado)

K2 = - 0,113, para sistema solidamente aterrado

G = 32 mm, distancia dos condutores/barramento – conforme tabela 7

Temos que:

Log En = 0,490374

Energia incidente normalizada, En = 3,09 J/cm²

Convertendo da normalizada:

E = 4,184.Cf.En

x

x

D

t 610.

2,0

Onde:

E = é a energia incidente (J/cm2)

Cf =1,5 para tensão igual ou menor do que 1 kV

En = 3,09 J/cm²

t = 0,034 segundos no ponto P1


D = 610 mm

x = 1,473, conforme tabela 7

Temos que:

A energia incidente no Ponto P1, En = 3,30 J/cm²

68

A energia incidente no Ponto P2, En = 2,42 J/cm²

� Passo 9: Determinar o limite de proteção contra arco elétrico.

DB =

B

bfE

tIV ...10.142,2

6

Onde:

DB Distancia de proteção do ponto do arco (mm)

Cf = 1,5 para tensão igual ou menor do que 1 kV

EB = 5,00 J/cm²



x = 1,473, conforme tabela 7

Ibf = 24,719 kA, no ponto P1

Ibf = 13,587 kA, no ponto P2

Temos que:

DB, no ponto P1 = 370 mm

DB, no ponto P2 = 235 mm

6.1.3 Vestimenta de Proteção

De acordo com as metodologias utilizadas para no estudo de caso, ítem

6.1.1 e 6.1.2, há divergência quanto à categoria de risco para determinação da

69

vestimenta de proteção a ser utilizada. A tabela 8 mostra o resultado para a

metodologia da IEEE-1584 (2002) e NFPA 70E (2009).

Tabela 8: Categoria de Risco para o Estudo de Caso

PONTO IEEE-1584-2002 NFPA 70E-2009

P1 0 2*

P2 0 2*

CATEGORIA RISCO PARA O CASO ESTUDADO

De acordo com à classificação da categoria de risco apresentado na tabela

8, utilizando-se a metodologia do IEEE-1584 (2002) a categoria de risco é 0 e

utilizando a metodologia da NFPA 70E (2009) a categoria de risco é 2* , que

significa que no caso da IEEE-1584 (2002) a vestimenta não exige nenhuma

característica antichama, deve ser apenas de material não fundente e pode ser de

material flamável (algodão, lã, seda, etc) com gramatura mínima de 152 g/m², já a

metodologia da NFPA 70E (2009) determina uma vestimenta antichama com

proteção mínima de 8 cal/cm² (33,47 J/cm²), que é um nível de proteção cerca de

10 vezes maior que o a energia incidente calculada de acordo com IEEE-1584

(2002).

É importante ressaltar que na IEEE-1584 (2002) não existe uma

classificação da categoria de de risco, nem tampouco as características dos EPIs e

das vestimentas de proteção. Esses dados são utilizados os mesmos da NFPA 70E

(2009). A IEEE-1584 (2002) limita-se tão e somente ao calculo da energia incidente.

70

6.2 ANÁLISE DAS METODOLOGIAS DO IEEE-1584 (2002) E DA NFPA 70E

(2009).

A NFPA 70E (2009) utilizada uma metodologia simplificada, através de

tabelas, para determinação da vestimenta de proteção contra arcos elétricos. Estas

tabelas dão respostas rápidas quanto à categoria de risco e os requisitos dos EPIs e

das vestimentas e não necessitam quase nenhum dado da instalação. Essas tabelas

são para diversas tarefas comuns. Estas tabelas são para correntes de curto-circuito

e tempos de interrupção do arco específicos.

As tarefas a serem realizadas e os EPIs da tabela 1 (tabela 130.7(C)(9) da

NFPA 70E (2009)) foram identificadas por um grupo de trabalho. As vestimentas de

proteção e os EPIs foram determinados com base na experiência coletiva deste

grupo. A experiência coletiva do grupo diz que na maioria dos casos, onde os

painéis, quadros, cubículos, onde as portas ficam fechadas, não há proteção

suficiente para eliminar a necessidade por EPIs. Esta premissa é usada pelo grupo e

é considerada razoável, por unanimidade pelo comitê técnico da NFPA 70E (2009).

A figura 6 mostra os quatro passos necessários para determinação das

vestimentas de proteção de acordo com a NFPA-70E (2009).

71

PASSO

1

2

3

4

NFPA-70E

Consulta-se a tabela 130.7.(C)(9) para definir a categoria do risco

Consulta-se a tabela 130.7.(C)(10) quedefine as vestimentas de proteção e os EPIsde acordo com a categoria de risco

Consulta-se a tabela 130.7.(C)(11) quedefine as características das vestimentas deproteção de acordo com a categoria de risco

Informações Necessárias: Corrente de curto-circuito, tempo de interrupção do arco edescrição da tarefa a ser executada

Figura 6: Passos para Determinação da Vestimenta de Proteção de acordo com a NFPA-70E (2009)

A IEEE-1584 (2002) é um modelo derivado empiricamente de análises

estatísticas e curvas de programas e extensos ensaios laboratoriais. Os ensaios

foram conduzidos ou atestados por representantes do grupo de trabalho do IEEE-

1584 (2002). Na IEEE-1584 (2002) há um capítulo em que o processo de análise e

desenvolvimento do modelo é apresentado.

A metodologia da IEEE-1584 (2002) necessita de diversos dados da

instalação, tais como: corrente de curto-circuito, tempo de interrupção do arco,

característica dos dispositivos de proteção, distância de trabalho, sistema de

aterramento, etc. A figura 7 mostra os nove passos necessários para determinação

das vestimentas de proteção de acordo com a NFPA-70E (2009).

72

PASSO

9Calcular a distância limite de proteção

contra arcos para todos os equipamentos

6Encontrar as tensões do sistemas e a classe de tensão dos equipamentos

7 Determinar a Distância de Trabalho

8Calcular a energia incidente em todos os

equipamentos

3 Determinar a corrente de curto-circuito

4 Determinar a corrente do arco elétrico

5Encontrar as características dos

Dispositivos de Proteção e o tempo de duração do arco

IEEE-1584

1 Coleta de dados da instalação e do sistema

2Determinar os modos de operação do

sistema

Figura 7: Passos para Determinação da Vestimenta de Proteção de acordo com a IEEE-1584 (2002)

73

Segundo Beachum e Thiele (2008) foram realizados alguns estudos

envolvendo arcos elétricos, nestes estudos foi possível verificar as seguintes

tendências e observações de campo:

• Em alguns casos, usando cálculos baseados na IEEE-1584 (2002), do que

as tabelas da NFPA 70E (2009), os trabalhadores usaram vestimentas de

proteção com nível de proteção menor, resultando em maior eficiência no

trabalho, menor perda de produção, e menor estresse término para o

trabalhador.

• Em outros casos, as tabelas da NFPA 70E (2009) não foram seguidas

resultando em ferimentos para os trabalhadores.

• É difícil escolher um EPI ideal usando as tabelas da NFPA 70E (2009),

nos casos apresentados.

74

7 CONCLUSÃO:

7.1 RESUMO GERAL DO TRABALHO

Este trabalho teve como objetivo principal fazer uma revisão bibliográfica

quando aos riscos da exposição dos trabalhadores aos arcos elétricos e analisar as

norma da NFPA 70E (2009) e da IEEE-1584 (2002) quanto às metodologias para

determinação da vestimenta de proteção contra arcos elétricos.

O capítulo 1 apresenta uma introdução geral com os objetivos e motivações

que ensejaram no desenvolvimento deste trabalho.

O capítulo 2 apresenta o estado da arte sobre arcos elétricos. Apresenta os

principais regulamentos, normas nacionais e internacionais e pesquisas sobre o

assunto. Mostra também a evolução histórica sobre proteção contra arcos elétricos.

O capítulo 3 introduz uma teoria geral sobre curto-circuito e arcos elétricos,

apresentando as causas de um curto-circuito e forma de calculá-lo. Define o que é

arco elétrico e expõe os riscos a qual um trabalhador corre quando está sujeito a

mesmo.

O capítulo 4 apresenta a metodologia para determinação da vestimenta de

acordo com a NFPA 70E (2009).

O capítulo 5 apresenta a metodologia de cálculo da energia incidente para

determinação da vestimenta de acordo com o IEEE-1584 (2002).

Por fim, o capítulo 6 apresenta um estudo de caso de forma a comparar as

metodologias da NFPA 70E (2009) e do IEEE-1584 (2002).

75

7.2 CONCLUSÃO FINAL

A determinação correta da vestimenta de proteção contra queimaduras

provocadas pelos arcos elétricos não é uma tarefa fácil. Do ponto de vista das

metodologias aqui apresentadas a NFPA 70E (2009) parece ser uma tarefa fácil,

porém a mesma não cobre todas as tarefas comuns do dia-a-dia e são para

correntes de curtos-circuitos e tempos de interrupção do arco específicos. A

metodologia da NFPA 70E (2009) ocorre casos em que a vestimenta é especificada

além do necessário. O fato de utilizar uma vestimenta sobredimensionada pode

gerar outros problemas de natureza ocupacional, tais como: ergonômicos

(desconforto) e estresse térmico.

Do ponto de vista do IEEE-1584 (2002) os 9 passos para cálculo da energia

incidente necessária para determinação da vestimenta é uma tarefa árdua, envolve

um grande número de variáveis, que exige esforço muito grande da engenharia

elétrica e da engenharia de segurança do trabalho. Está metodologia também tem

limitações e segundo Stokes e Sweeting (2006) a mesma sobreestima os perigos

para algumas situações e subestima para outras.

Pode-se concluir com este trabalho que a determinação correta da

vestimenta de proteção é uma tarefa complexa e que a vestimenta de proteção

contra arcos elétricos deve ser o último recurso para proteger o trabalhador. Deve-se

utilizar os recursos da Engenharia Elétrica para diminuir as correntes de curto-

circuito, coordenar os dispositivos de proteção de forma a reduzir ao máximo o

tempo de interrupção do arco, fabricar painéis resistentes à arcos elétricos, que

neste contexto estarão atuando como equipamentos de proteção coletiva (EPCs). As

76

vestimentas de proteção devem ser um EPI que deve ser minuciosamente

determinada por uma equipe multidisciplinar, e deve levar em conta não só as

variáveis elétricas como também os agentes físicos (calor), e ergonômicos

(desconforto), pois os danos causados ao trabalhador são muitas vezes irreparáveis.

Por fim, a Engenharia de Segurança do Trabalho deve atuar no sentido de

criar procedimentos e métodos de trabalho que visem diminuir ao máximo os

diversos fatores que causam acidentes com arcos elétricos.

7.3 CONTRIBUIÇÕES DESTE TRABALHO

Este trabalho foi desenvolvido com objetivo de contribuir para:

• Disseminar para os profissionais de Engenharia de Segurança do

Trabalho e os outros profissionais que trabalham de forma direta ou

indireta com eletricidade, os fenômenos do arco elétrico e os riscos

inerentes do mesmo.

• Apresentar a metodologia da NFPA 70E (2009) e da IEEE-1584 (2002).

• Contribuir para diminuição dos acidentes com origem em arcos elétricos.

• Prover práticas seguranças para trabalhadores que atuam em instalações

elétricas energizadas.

77

7.4 TRABALHOS FUTUROS

Pode-se sugerir os seguintes trabalhos futuros:

• Analisar um número maior de estudos de casos a fim de determinar

casos em que seja melhor o uso de determinada metodologia.

• Fazer uma análise critica tanto da norma da NFPA 70E (2009) e da

IEEE-1584 (2002), com intuito de apresentar suas limitações e

possíveis incoerências.

• Realizar pesquisas de campo para identificar os desconfortos térmicos

e ergonômicos causados por vestimentas sobredimensionadas.

• Realizar pesquisa com estatísticas envolvendo acidentes com arcos

elétricos, pois atualmente no Brasil temos está carência.

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8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

AMMERMAN, R.F.; SEN, P.K.; NELSON, J.P. Arc Flash Hazard Incident Energy Calculations A Historical Perspective and Comparative Study of The Standards: IEEE 1584 and NFPA 70E. Petroleum and Chemical Industry Technical Conference, 2007. PCIC '07. IEEE. 17-19 de Sept, 2007. p.1-13.

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Fundação COGE. Disponível em http://www.funcoge.org.br/. Acessado em 20/05/2009.

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79

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LEE, Ralph. Pressute Developed by Arcs. IEEE Transaction on Industrial Applications, Vol. 1A-23, No 4, p.760-764. July-Aug,1987.

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OLIVEIRA, Aloizio Monteiro de. Curso Básico de Segurança em Eletricidade; Manual de Referência da NR 10. 1ª Edição. Natal. 304 p. 2007.

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