Energia incidente em painéis elétricos

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Energia incidente em painéis elétricos estudo sobre energia incidente gerada por instalações sujeitas a arcos elétricos em ambientes industriais

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Energia incidente em painéis elétricos

  1. 1. Você está aqui: Home Energia incidente em painéis elétricos - Estudo sobre energia incidente gerada por instalações sujeitas a arcos elétricos em ambientes industriais Edição 112 - Maio de 2015 Artigo: Arco elétrico Por Humberto Dionísio de Andrade, Emmanuel Ramon Marques Dantas, Ádller de Oliveira Guimarães, Adelson Menezes Lima e Victor de Paula Brandão Aguiar* Atualmente, uma das maiores preocupações das indústrias diz respeito aos aspectos de segurança de seus colaboradores, especialmente para os operadores de subestações e eletricistas de manutenção. Tal fato é justificado pelos riscos intrínsecos em uma simples execução de manobras cotidianas dentro de uma subestação, como a inserção de um disjuntor em uma gaveta de um painel elétrico, a qual pode culminar no surgimento de um arco elétrico de efeitos irreversíveis para a saúde do operador, provocando desde queimaduras de elevado grau até ondas de pressão, que podem arremessá-lo a metros de distância do local de operação. Dessa forma, o arco elétrico, o qual, em linhas gerais, pode ser definido como um curto-circuito que se propaga pelo ar a uma alta velocidade e temperatura relativamente elevada, emitindo uma grande quantidade de energia medida em calorias por centímetros quadrado (cal/cm²) e denominada energia incidente. Sendo assim, este estudo define o nível de tensão, de energia incidente e a distância segura de aproximação para o preenchimento de etiquetas informativas, em acordo com o previsto nos critérios de segurança para ambientes e serviços em painéis e equipamentos elétricos com potencial de arco. Partindo da necessidade de os painéis elétricos estarem devidamente identificados por meio de plaquetas, de marcação indelével, com os referidos dados. Além da identificação com as plaquetas, que servem para a definição da categoria das vestimentas adequadas (conforme o ATPV – Arc Thermal Performance Value) a serem utilizadas pelos profissionais, deve ser prevista também a demarcação da distância segura no piso. Segurança em instalações elétricas Na conjuntura atual não se pode falar em energia elétrica sem se falar em segurança, desde a mais simples, relacionada ao bom dimensionamento de condutores e dispositivos de sobretensão e sobrecorrente, aos mais complexos, associados a áreas com risco de arco elétrico. Tal exposição é acentuada em locais em que a corrente de curto-circuito é elevada, pois a energia incidente de um arco elétrico é diretamente proporcional a esta corrente de curto-circuito, e também ao tempo de atuação do dispositivo de proteção. Somente uma inspeção detalhada das instalações pode evitar as circunstâncias de risco ou de perigo ou ainda condições inseguras capazes de produzir o acidente. O arco elétrico e a energia incidente A. Arco elétrico O arco elétrico consiste na energia liberada instantaneamente pelo ar entre dois condutores energizados ou entre um condutor energizado e a terra, proveniente de uma corrente elétrica que flui entre eles. B. Energia incidente De acordo com a norma internacional pertinente, a energia incidente normatizada é projetada a partir do curto-circuito no espaço proveniente de um arco elétrico de duração de 200 ms sobre um corpo humano que está a uma distância de 610 mm do arco elétrico. A energia incidente é função da tensão, da corrente de curto-circuito no local e do tempo de abertura dos dispositivos de proteção diante de uma falta. C. Cálculo da energia incidente O cálculo é elaborado segundo a metodologia descrita na norma IEEE-1584/2004, respeitando as condições de contorno propostas no item 5.1. Para o cálculo da energia incidente, a corrente de curto-circuito sólida (bolted fault current) é convertida na corrente de arco (arc current) equivalente, conforme extrapolação pertinente. O método de cálculo das correntes de curto-circuito, proposto na norma IEEE-1584/2004, é o apresentado na publicação referenciada no item [6]. O software [7] utiliza dos resultados apresentados pelo método Comprehensive do Módulo Dapper deste mesmo software. Este método é plenamente aplicável para a determinação da corrente de curto-circuito sólida. Para a determinação da corrente de arco, dentro dos limites impostos pela normalização pertinente, utiliza-se o procedimento descrito no item 5.2 da Norma IEEE-1584/2004 e anexo D.7.2 da NFPA-70E/2009, conforme (1): Em que: 1 COMENTÁRIOS Energia incidente em painéis elétricos - Estudo sobre energia incidente... http://www.osetoreletrico.com.br/web/component/content/article/57-ar... 1 de 9 15/10/2015 17:20
  2. 2. Por se tratar de um modelo matemático estatístico, uma energia normalizada é calculada co m base nas aproximações e normalização dos valores obtidos. A energia normalizada é calculada conforme (2), descrita no item 5.3 da IEEE-1584/2004: Em que: A energia incidente é calculada conforme (3), descrita no mesmo item da norma: Em que: Tabela 1 – Fatores “X” para classes de tensão e pos de equipamentos A Tabela 2 a seguir, traduzida e adaptada da Norma IEEE-1584/2004, apresenta as distâncias típicas de trabalho: Tabela 2 – Classes de equipamentos e suas respectivas distâncias típicas de trabalho Energia incidente em painéis elétricos - Estudo sobre energia incidente... http://www.osetoreletrico.com.br/web/component/content/article/57-ar... 2 de 9 15/10/2015 17:20
  3. 3. Além do tempo obtido no coordenograma de cada equipamento, deverá ser somado a este um valor correspondente à atuação do dispositivo de proteção. Cada dispositivo de proteção possui um tempo inerente que pode variar de fabricante para fabricante. A Tabela 3 apresenta os tempos típicos de atuação dos dispositivos de seccionamento. Tabela 3 – Tempos de operação dos respectivos dispositivos de seccionamento Com base nesses valores, delimitou distâncias típicas entre fases, recomendadas para o cálculo, que podem ser observadas na Tabela 4. Tabela 4 – Distâncias típicas entre fases das respectivas classes de equipamentos Neste caso, o ATVP é o valor máximo da energia incidente sobre o tecido sem permitir que a energia no lado protegido exceda 5 J/cm². A Tabela 5mostra o tipo de vestimenta e a classificação do arco mínima exigida. Tabela 5 – Característica das vestimentas de proteção Estudo de energia incidente O estudo teve início com o levantamento dos parâmetros para modelagem do sistema elétrico no software PTW. A Figura 1 representa o sistema modelado da instalação estudada, o qual possui três circuitos terminais (do painel geral até a carga) idênticos e, portanto, serão apresentados os dados de apenas um destes. Energia incidente em painéis elétricos - Estudo sobre energia incidente... http://www.osetoreletrico.com.br/web/component/content/article/57-ar... 3 de 9 15/10/2015 17:20
  4. 4. Figura 1 – Sistema modelado no software PTW. A instalação do presente estudo está alimentada através de uma rede de 13,8 kV que deriva de um dos alimentadores de uma subestação de 69 kV. A Tabela 6 apresenta os valores de impedância no ponto de entrega (na subestação de 69 kV), fornecidos pela concessionária. Tabela 6 – Dados do ponto de entrega da concessionária As Tabelas 6 e 7 apresentam os valores de impedância série e reatância shunt da rede aérea que alimenta o transformador da instalação e os dados do barramento de entrada da subestação de 13,8 kV, que alimenta a instalação do presente estudo. Tabela 7 – Dados para modelagem da rede de alta tensão A Tabela 8 apresenta os dados do barramento de entrada da subestação de 13,8 kV, que alimenta a instalação do presente estudo. Tabela 8 – Dados para modelagem da barra de entrada da subestação de 13,8 kV As Tabelas 9 e 10 apresentam os dados necessários para a modelagem da proteção do transformador e para a modelagem dos cabos de entrada de alimentação, respectivamente. Tabela 9 – Dados para modelagem da proteção do transformador Energia incidente em painéis elétricos - Estudo sobre energia incidente... http://www.osetoreletrico.com.br/web/component/content/article/57-ar... 4 de 9 15/10/2015 17:20
  5. 5. A Tabela 10 traz os dados para a modelagem do transformador de potência, 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 saída do transformador e da proteção do painel, respectivamente. Tabela 11 – Dados para a modelagem dos cabos de saída do transformador Tabela 12 – Dados para a modelagem da proteção do painel geral A Tabela 13 apresenta os dados necessários para a modelagem do painel geral. Tabela 13 – Dados para modelagem do painel “A” As Tabelas 14 e 15 apresentam os dados necessários para a modelagem dos cabos de entrada e da proteção do painel “A”. Tabela 14 - Dados necessários para a modelagem dos cabos de entrada do painel "A" Tabela 15 – Dados para modelagem da proteção do painel “A” Energia incidente em painéis elétricos - Estudo sobre energia incidente... http://www.osetoreletrico.com.br/web/component/content/article/57-ar... 5 de 9 15/10/2015 17:20
  6. 6. As tabelas 16 e 17 apresentam os dados necessários para a modelagem dos cabos que alimentam o motor de indução “A” e próprio motor de indução “A”, respectivamente. Tabela 16 – Dados dos cabos que alimentam o motor de indução “A” Tabela 17 – Dados para modelagem do motor de indução “A” O sistema foi modelado por meio dos módulos 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 verificação relativa ao fechamento ou não dos alimentadores em anel, uma vez que esse tipo de manobra altera o nível de curto-circuito e energia incidente. A configuração que apresentou os maiores valores foi tomada como base para prosseguimento do estudo. O estudo de energia incidente de arco elétrico foi desenvolvido com base no NFPA 70E 2009/Anexo D.5 - Standard for Electrical Safety in the Workplace® e determinados os seguintes requisitos: Distância de segurança ao arco elétrico (Arc Flash Boundary), em mm; Energia incidente (Incident Energy), em cal/cm²; e calculada para a distância de trabalho (Working Distance); Categoria da vestimenta ATPV em função da energia calculada. Para desenvolvimento dos cálculos foram considerados os seguintes aspectos: As energias incidentes foram calculadas nos locais com risco de arco elétrico, conforme descrito no item 5.1 da norma N-2830/2006; Os cálculos foram efetuados para as condições de corrente de arco pleno e 85% da corrente de arco, conforme recomendações do Anexo D.5 da NFPA 70E/2009;Para a determinação da distância de segurança, foi considerada a energia incidente de 5 J/cm². Para a determinação dos tempos de atuação da proteção à jusante das barras (dos painéis), foram levantados os dados das respectivas proteções a fim de obter suas curvas e seus tempos de atuação. Para os disjuntores com tempo de atuação desconhecidos, utilizou-se os valores estabelecidos na Tabela 1 da IEEE 1584/2009 (Guide for Performing Arc-Flash Hazard Calculation): 0,050 segundos (baixa tensão), 0,100 segundos (média tensão) e 0,130 segundos (alta tensão) para fins de definição do tempo máximo de exposição ao arco até sua extinção para realização dos cálculos, conforme apresentado a seguir. Resultados Considerando toda a metodologia descrita para a realização do presente estudo, encontram-se representados na Tabela 18 os resultados fornecidos pelo PTW: Tabela 18 – Resultados do estudo de energia incidente Pelos resultados obtidos, todos os painéis atendem ao estabelecido no item 4.1.1 da norma N-2830/2006, pois o valor de energia incidente não ultrapassa 40 cal/cm². A distância de segurança resultou em valores elevados (até 1,911 m). Isso significa que, quando for realizado um serviço com risco de arco elétrico, por exemplo, no painel “A”, não deve haver nenhuma pessoa sem vestimenta apropriada a uma distância menor que 1,911 m dos pontos em que o arco elétrico pode ocorrer. Diante do exposto, tomando uma medida conservativa, optou-se pela demarcação da área conforme a Figura. 2. A delimitação desta área de risco ao arco elétrico Energia incidente em painéis elétricos - Estudo sobre energia incidente... http://www.osetoreletrico.com.br/web/component/content/article/57-ar... 6 de 9 15/10/2015 17:20
  7. 7. toma como base a distância de segurança de cada painel. A faixa amarela deve afastar-se do respectivo painel no valor da distância de segurança na parte frontal, posterior e lateral. Nas arestas a demarcação deve ser atendida por um raio no respectivo valor da distância de segurança, de forma que a área de risco ao arco seja fechada. Figura 2 – Demarcação no piso da sala de painéis. Conclusões É de extrema necessidade conhecer as contingências, em todas as suas premissas, do sistema elétrico operacional, sobretudo no que se refere a adotar medidas de segurança. Neste enfoque, sugeriu-se a adoção das seguintes medidas de segurança elétrica: Prover e especificar EPI adequado para a tarefa a ser executada; Prover etiquetas de segurança a serem afixadas nos painéis de energia, a 1,60 m de altura do piso, conforme anexo A, item A.3 da norma N-2830/2006. Demarcar no piso da instalação, em cor amarela, faixas com respectivas distâncias seguras de aproximação dos painéis de energia, contadas a partir do barramento do painel que estiver mais exposto. Referências [1] National Fire Protection Association. NFPA 70E: Standard for Electrical Safety in the Workplace. Quincy, Massachusetts, 2009. [2] SHIPP, D. D. et al. Arco Elétrico na indústria petroquímica. Atitude Editorial, ed. 37, fev. 2009. [3] Institute of Electrical and Eletronics Engineer. IEEE 1584: Guide for Performing Arc-Flash Hazard Calculation. Nova Iorque. 2004. [4] Institute of Electrical and Eletronics Engineers. IEEE 141: Recommended Practice for Electric Power Distribution for Industrial Plants. New York, 1993. [5] American Society for Testing and Materials (ASTM) F-1959: Standard Test Method for Determining the Arc Thermal Performance Value of Materials for Clothing. West Conshohocken, 1999. [6] AMMERMAN, R. F.; SEN, P. K.; NELSON, J. P. “Arc Flash Hazard Incident Energy Calculations Study of The Standards”: IEEE 1584 and 70E. In: Petroleum and Chemical Industry Technical Conference, 13p, 2007. [7] ANDREWS, J. J.; JONES, R. A.; MCCLUNG, L. B. “Upadating Eletrical Safety Requeriments For Employee Workplaces”. IEEE Industry Applications Magazine, p. 9-16, May/June 2001. [8] Petrobras/Nortec. N-2830: Critérios de segurança para ambientes e serviços em painéis e equipamentos elétricos com potencial de arco. Rio de Janeiro, 2006. Este trabalho foi originalmente apresentado na décima edição da Conferência Brasileira sobre Qualidade de Energia (CBQEE), que aconteceu entre os dias 25 e 28 de junho de 2013, na cidade de Araxá (MG). *Humberto Dionísio de Andrade é engenheiro eletricista e de segurança do trabalho, mestre e doutor em Engenharia Elétrica pela UFRN e atualmente é professor pleno do Programa de Pós-graduação em Sistema de Comunicação e Automação e professor adjunto I, da Universidade Federal Rural do Semi-Árido (UFERSA) . Emmanuel Ramon Marques Dantas é engenheiro eletricista e mestre em Engenharia Elétrica pela UFERSA e atualmente exerce o cargo de engenheiro eletricista da Companhia Hidroelétrica do São Francisco (Chesf). É doutorando do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica da UFRN. Ádller de Oliveira Guimarães é engenheiro eletricista, mestre em Sistemas de Comunicação e Automação e atualmente é professor assistente I da Universidade Federal Rural do Semi-Árido, Campus Pau dos Ferros. É doutorando do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica da UFRN. Adelson Menezes Lima é engenheiro eletricista e mestre em Sistemas de Comunicação Automação. Atualmente, é professor assistente I, da Universidade Federal Rural do Semi-Árido, Campus Pau dos Ferros . Victor de Paula Brandão Aguiar é engenheiro eletricista e mestre em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal do Ceará (UFC). Atualmente, é professor da Universidade Federal Rural do Semiárido (UFERSA) em Mossoró/RN. É ainda doutorando em Engenharia Elétrica pela UFC na área de projeto/análise de motores de alto rendimento, membro estudante do IEEE, membro da "IEEE Industry Applica3ons Society" e da "IEEE Magne3cs Society". Veja também: Energia incidente em painéis elétricos - Estudo sobre energia incidente... http://www.osetoreletrico.com.br/web/component/content/article/57-ar... 7 de 9 15/10/2015 17:20
  8. 8. 0 Citar Enviar Itens relacionados: 22/06/2015 00:00 - Maio de 2015 22/06/2015 00:00 - Equipamentos para transmissão e distribuição de energia 22/06/2015 00:00 - Capítulo V – Proteção contra choques elétricos 22/06/2015 00:00 - Capítulo V – Fontes de luz 22/06/2015 00:00 - Capítulo V – Arcos internos em equipamentos de subestações Itens mais atuais: 21/07/2015 00:00 - Um olhar mais atento para os transformadores, especialmente os de potência 21/07/2015 00:00 - Harmônicos em sistemas eólicos 21/07/2015 00:00 - Proteção contra incêndio 21/07/2015 00:00 - A área de exposição equivalente segundo a Parte 2 da ABNT NBR 5419:2015 21/07/2015 00:00 - Sobre o uso das comunicações sem fio em smart grids Itens mais antigos: 15/06/2015 00:00 - VI CINASE - Etapa Recife 26/05/2015 00:00 - Substituição de cabos de média tensão 26/05/2015 00:00 - Proteção e seletividade 26/05/2015 00:00 - Proteção de equipamentos instalados em câmaras subterrâneas 26/05/2015 00:00 - Medição e gerenciamento para contornar alta das tarifas << Página anterior Próxima página >> Comentários #1 Excelente trabalho — Wallisson Farias 2015-09-08 20:38 Esse trabalho tem uma grande relevância no quesito segurança em instalações de painéis de grande potencia, pois tem como objetivo quantificar e propor medidas para minimizar problemas de acumulo de cargas em instalações elétricas de alta potência. Atualizar lista de comentários feed RSS para os comentários deste post. Adicionar comentário Nome (obrigatório) E-mail (obrigatório) Website Título Avise-me quando citarem meu comentário trocar Agosto de 2015 Produtos e sistemas de iluminação Capítulo VIII – Análise estratégica sobre a ABNT NBR ISO 50001 e as oportunidades para o mercado de eficiência energética – Parte 3 Capítulo VIII – Iluminação Capítulo VIII – Análise estratégica sobre a ABNT NBR ISO 50001 e as oportunidades para o mercado de eficiência energética – Parte 3 Capítulo VIII – Iluminação pública Capítulo VIII – Painéis de média tensão Capítulo VIII – Avaliação de Agosto de 2015 Julho de 2015 Junho de 2015 Maio de 2015 Abril de 2015 A quem interessa que um país se desenvolva com abundante energia limpa e soberana? A visão da nova ABNT NBR 5419 sobre os materiais Esclarecimentos sobre as classificações BD1, BD2, BD3 e BD4 Manutenção preditiva com Orientações e ensaios sobre o risco da eletricidade estática em atmosferas explosivas A energia no centro da questão ambiental Chegou a vez das luminárias públicas Geração e consumo de energia: como estamos? Energia incidente em painéis elétricos - Estudo sobre energia incidente... http://www.osetoreletrico.com.br/web/component/content/article/57-ar... 8 de 9 15/10/2015 17:20
  9. 9. pública Capítulo VIII – Painéis de média tensão cargas e consumo Capítulo VII – Sistemas de distribuição – avaliação de cargas, sistemas e ativos inspeção termográfica inteligente A contribuição do conector perfurante (IPC) para a eficiência e a confiabilidade de redes BT - Parte 2 Mais informação sobre o método da esfera rolante Desenvolvido por Tikao Web Solution 2.0 2010 © O Setor Elétrico. Todos os direitos reservados Av. Gen. Olímpio da Silveira, 655, Conjunto 62 - Santa Cecília São Paulo E-mail: contato@atitudeeditorial.com.br Tel.: (11) 3872-4404 Energia incidente em painéis elétricos - Estudo sobre energia incidente... http://www.osetoreletrico.com.br/web/component/content/article/57-ar... 9 de 9 15/10/2015 17:20

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