Este documento discute a segurança em subestações elétricas e como reduzir os riscos de queimaduras causadas por arcos elétricos. Ele resume um estudo realizado na Refinaria Gabriel Passos para adequar os níveis de energia liberados em possíveis curtos-circuitos, diminuindo os tempos de atuação das proteções e usando relés microprocessados. Isso permitiu reduzir as energias de 145cal/cm2 para menos de 10cal/cm2, melhorando a segurança e ergonomia dos eletricistas.

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Segurança em Subestações: Adequação do Controle de Energia Segura da
Subestação em Relação ao Profissional da Área Elétrica
Copyright Material IEEE
Artigo no. (a cargo da Comissão Organizadora)
Claudio A. Conceição Dilermando A.R.Lopes
PETROBRAS S.A. PETROBRAS S.A.
BR 381 km 427 Av. Rep. do Chile, 65
Betim, MG Rio de Janeiro, RJ
Claudioac@petrobras.com.br dilermando@petrobras.com.br
Resumo – O reconhecimento de que os empregados
que exercem tarefas em equipamentos elétricos estão
sujeitos a riscos de queimaduras devido à energia incidente
durante o arco elétrico ocasionado por curtos-circuitos,
tornam necessárias que medidas preventivas sejam tomadas
para evitar danos ao ser humano.
Entidades de segurança no trabalho, como OSHA e
NFPA dos Estados Unidos, prescrevem que conhecer os
riscos de arcos elétricos, determinar a energia liberada e
escolher o tipo de proteção contra queimaduras é um dos
requisitos de segurança elétrica, sendo esta prescrição
sujeita à fiscalização quanto ao seu cumprimento. A Norma
Regulamentadora Nr 10 – Segurança em Instalações e
Serviços em Eletricidade no item 10.2.10.2 incorpora nas
medidas de proteção individual o uso de vestimentas
adequadas quanto a inflamabilidade.
Palavras-chave — Proteção, Segurança em eletricidade,
seletividade, arco elétrico, roupa anti-arco.
I. INTRODUÇÃO
A partir de 1982 quando Ralph Lee {1} publicou um
artigo apresentando um modelo teórico para o calculo de
calor liberado por um arco elétrico em um curto circuito, vem
sendo realizados vários estudos e ensaios em laboratório
para estabelecer um modelo que possa obter resultados o
mais próximo da realidade, simulando várias configurações
de equipamentos e sistemas elétricos de distribuição {2}.
O IEEE ( Institute of Electrical and Electronics
Engineers), publicou em setembro de 2002 o “Guide for
Performing Arc-Flash Azard Calculations” (IEEE Std 1584™)
sendo o mais completo e atualizado documento com
recomendações e métodos de calculo para determinação da
energia irradiada devido um curto-circuito trifásico em painéis
de baixa e média tensão até 15kV.
A determinação da energia do arco e a escolha da roupa
de proteção adequada é uma análise de risco que envolve
um estudo complexo de engenharia elétrica para
determinação dos parâmetros a serem utilizados nas
formulas. A aplicação do modelo apresentado deve ser
sempre realizado e supervisionado por profissional
legalmente qualificado e habilitado, NR10, considerando a
natureza da falha, características dos equipamentos e
sistemas elétricos e as respectivas tecnologias e
operabilidade dos dispositivos de proteção {2}.
A Petrobras através do Grupo de Segurança
Operacional para a Área Elétrica no Refino, vem realizando
os cálculos da energia irradiada devido a um curto-circuito
trifásico em todos os painéis elétricos das subestações do
Refino tendo como referencia para o calculo o IEEE Std™
1584.
Neste artigo será apresentado um trabalho em
desenvolvimento na UN-REGAP (Refinaria Gabriel Passos –
Betim - MG), de adequação da subestação ao eletricista,
baseado no reestudo de seletividade da subestação,
diminuindo os tempos de atuação das proteções e incluindo
a seletividade lógica entre os relés, com o objetivo de
diminuir a energia incidente devido a um curto-circuito
trifásico. Energias incidentes, originalmente em torno de
145cal/cm², após implementação da solução ficam abaixo de
10cal/cm². Esta diminuição da energia incidente representa
maior ergonomia, flexibilidade e segurança ao profissional de
eletricidade.
II. CONCEITOS E DEFINIÇÕES
Arc Thermal Performance Value (ATPV): A energia
incidente no material que resulte em suficiente transferência
de calor que cause queimaduras de segundo grau. Para o
algodão tratado (tecido base dos uniformes utilizados na
Petrobras) o ATPV é de 2,0 cal/cm², no caso da pele
humana o seu ATPV é de 1,2 cal/cm².
Breakopen Threshold: é o valor médio dos 5 valores
máximos de energia incidente que não provoca abertura na
camada interna maior do que 0,5 polegadas quadradas em
área ou rachadura maior do que uma polegada de
comprimento.
Arco elétrico: o arco elétrico é um fenômeno da
eletricidade inerente dos sistemas elétricos. Liberam uma
quantidade de energia muito grande resultando em altas
temperaturas. Esta energia pode ser controlada para fins
industriais como é o caso da solda elétrica, fornos a arcos e
das lâmpadas de descargas.
As falhas elétricas resultando em curtos-circuitos liberam
uma quantidade de energia indesejável muito grande, tendo
como conseqüência uma irradiação elevada de temperatura
podendo levar a queimaduras de 3º grau, deslocamento de
ar provocando alta pressão prejudicial ao sistema auditivo,
irradiação de ultravioleta prejudicial aos olhos, deslocamento
de estilhaços oriundos do painel e liberação de gases tóxicos
como resultado da combustão dos materiais internos ao
painel.
III. CONTROLANDO O RISCO
Para redução do risco de queimaduras devido a arco
elétrico a seguinte seqüência deverá ser seguida:
• Calculo da energia incidente de arco
elétrico dos painéis elétricos.
• Calculo da distância segura de
aproximação.
• Seleção da vestimenta resistente ao arco.
• Determinação das tarefas que
necessitarão do uso da vestimenta.

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• Identificação no painel com etiquetas
visíveis do nível de energia incidente e distância
segura de aproximação.
IV. Cálculo da Energia Incidente de Arco
Elétrico e distância de risco
A análise da energia incidente durante curto circuito com
arco elétrico deve ser realizada em continuação ao estudo
de curto circuito e ao estudo coordenação da proteção. Os
resultados destes estudos servem de entradas para a
metodologia de cálculo da norma IEEE -1584 que usaremos
como metodologia padrão para cálculo da energia incidente.
Os passos que esta norma prevê são os seguintes:
1
o
passo: Obter dados do sistema e instalação
elétrica
Incluem diagramas unifilares, curvas de coordenação e
estudo de curto circuito
2
o
Passo: Determinar os modos de operação do
sistema elétrico:
Informação sobre as topologias e esquemas de
operação do sistema elétrico. Tem por objetivo identificar os
maiores níveis de curto circuito que possam ocorrer se uma
determinada topologia de operação for utilizada.
3
o
Passo: Determinação da corrente de curto circuito
trifásico:
Obtido do estudo de curto circuito. Utilizar a corrente de
falta trifásica de 3 a 5 ciclos (corrente de interrupção);
4
o
Passo: Determinação da corrente de curto a arco:
Na norma encontram-se as equações para cálculo da
corrente de curto a arco a partir da corrente de curto circuito
trifásico.
5
o
Passo: Encontrar a duração do arco elétrico:
Após o cálculo da corrente de curto a arco, os
diagramas de coordenação da proteção são utilizados para
encontrar o tempo de atuação da proteção para este tipo de
curto circuito.
6
o
Passo: Identificação das classes de tensão dos
equipamentos:
Possibilitam a utilização de equações padronizadas
baseadas nas classes de tensão dos equipamentos.
7
o
Passo: Seleção das distâncias de trabalho:
A proteção contra arco elétrico é baseada na energia
incidente no corpo e face do empregado. Distâncias típicas
são obtidas na norma.
8
o
Passo: Determinação da energia incidente:
De posse dos dados dos passos anteriores, encontram-
se na norma IEEE 1584 as equações para cálculo da
energia incidente no corpo do empregado.
V. DISTÂNCIA SEGURA DE
APROXIMAÇÃO
Na norma IEEE 1584 encontram-se equações para
determinação das distâncias seguras de trabalhos sem risco
de queimaduras devido ao arco elétrico proveniente de um
curto circuito. Após este cálculo deverão ser demarcadas
nas subestações estas distâncias seguras.
VI. SELEÇÃO DA VESTIMENTA
RESISTENTE AO ARCO ELÉTRICO
Vestimenta para uso diário:
A vestimenta para uso diário em serviços de eletricidade
deverá ter a seguinte característica:
• Camisa de manga comprida: ATPV
mínimo de 8 cal/cm
2
•
Calça: ATPV mínimo de 8 cal/cm
2
Vestimenta para uso em manobras:
A vestimenta de proteção deverá ter um ATPV ou EBT
superior à maior energia de arco calculada para cada
subestação da unidade de refino. A vestimenta deverá incluir
a protetor facial e luvas com o mesmo ATPV ou EBT.
A. Requisitos das Vestimentas
Linhas utilizadas nas costuras das vestimentas deverão
ser de fibras resistentesao fogo.
A etiqueta da vestimenta deverá conter no mínimo as
seguintes informações:
• Nome do fabricante
• Tamanho
• Instruções de cuidado e fibra utilizada
• Nível de energia de arco ATPV ou EBT
Botões, zippers ou fechamentos da vestimenta deverão
ser de material não condutor. Caso sejam de material
condutor deverão ser cobertos com material resistente ao
fogo na parte em contato com a pele ou roupa de baixo.
Botões, zippers ou fechamentos não deverão degradar o
desempenho de resistência ao fogo da vestimenta.
Deverão ser fornecidos junto com a vestimenta
certificados de teste de laboratório conforme norma ASTM
F1506 reproduzido abaixo, sendo tabela 1 para fabricante do
tecido e tabela 2 para fabricante da vestimenta.
As vestimentas deverão cobrir completamente as áreas
expostas ao arco elétrico.
O fabricante da vestimenta deverá fornecer as
instruções de cuidados e lavagem da vestimenta.
Se a vestimenta é feita de tecido em camada simples ou
em multi camadas, os testes de performance térmica
conforme norma ASTM F1959 deverão ser realizados em
amostras do tecido em camada simples e em camadas
múltiplas.
Deverão ser apresentados certificados de teste de
laboratório independente dos protetores faciais conforme
norma ASTM F 2178.
VII. TRABALHO DE ADEQUAÇÃO REALIZADO NA
REGAP
Após fazer os cálculos de energia irradiada pelos painéis
elétricos da REGAP, verificamos que os níveis de energia
irradiados pelos mesmos se encontravam na faixa de
5cal/cm² a 145cal/cm². Havendo assim a necessidade de se
fazer um trabalho para a adequação do nível de energia
irradiada para um valor máximo de 40cal/cm² (categoria de
risco 4) , isto é, valores acima de 40cal/cm² se enquadram
em “Categoria de Risco não Classificado”.
No estudo do processo de adequação para os
painéis que possuíam um nível de energia superior a
40cal/cm², observou-se a possibilidade de se reduzir
energias que se enquadravam na categoria de risco não
classificado para um nível de energia em torno de 10cal/cm².
Este enquadramento foi possível a partir do reestudo da
coordenação da proteção da subestação, verificando e
calculando o melhor ponto de atuação na curva para um
valor máximo de 10cal/cm². Para este enquadramento,
houve a necessidade de se trocar os reles de proteção
eletromecânicos por reles microprocessados, estes tem a
vantagem de se poder construir uma determinada curva e de
se aplicar à seletividade lógica na proteção.

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Uma outra forma possível de se adequar uma
instalação, caso o reestudo da coordenação com reles
microprocessados não seja possível, é a aplicação de “Reles
de Arco”, estes têm uma atuação extremamente rápida
frente a um flash luminoso. No caso da REGAP o reestudo
da coordenação foi suficiente para a adequação dos painéis
elétricos.
O reestudo da coordenação com a finalidade de redução
da energia irradiada frente a um curto circuito trifásico traz
grandes benefícios ao trabalhador e ao patrimônio, pois, a
roupa necessária para um ATPV de 10cal/cm² é bem mais
confortável e proporciona uma maior ergonomia ao
trabalhador da área elétrica quando comparada a uma roupa
para um ATPV de 40cal/cm² . Estudos estatísticos mostram
que quanto menor for o tempo de atuação da proteção frente
a um curto circuito trifásico com geração de arco elétrico,
menor é o tempo de retorno à operação total do painel
elétrico que sofreu o sinistro. Isto devido o mesmo estar
exposto por um menor intervalo tempo ao arco elétrico
gerado pelo curto circuito trifásico.
Figura 1 – roupa com ATPV de 10cal/cm²
Figura 2 – roupa com ATPV de 25cal/cm²
Energia Irradiada em cal/cm ²
Subestações Antes Depois
PT02 66cal/cm ² 9,4cal/cm ²
PT202 25cal/cm ² 8,9ca/cm ²
PT17 145cal/cm ² 10,1cal/cm ²
PT204 28,4cal/cm ² 6,6cal/cm ²
PT207/208 30cal/cm ² 10,4cal/cm ²
Tabela 1 – Resultados obtidos na adequação de 5
subestações
VIII. CONCLUSÃO
Energias incidentes, originalmente em torno de
145cal/cm², após implementação da solução, ficaram abaixo
de 10cal/cm². Esta diminuição da energia incidente
representa uma maior ergonomia, flexibilidade e segurança
ao profissional de eletricidade.
IX. BIBLIOGRAFIA
{1} “The other Electrical Hazard: Electrical Arc Blast
Burns”. IEEE Transaction on Industrial Applications, Vol. 1A-
18, No 3, p.246 May/June 1982. Ralph Lee.
{2} “Proteção Contra Queimaduras por Arcos Elétricos
Nova Metodologia para Calculo de Energia”. Luiz K.
Tomiyoshi – Junho de 2004.
{3} IEEE 1584 2002 -GUIDE FOR PERFORMING ARC-FLASH
HAZARD CALCULATIONS