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Análise de arco elétrico de acordo com a norma IEEE 1584-2018

Software Ampère oferece uma solução eficiente para a análise de riscos de arcos elétricos
Análise de arco elétrico de acordo com a norma IEEE 1584-2018
Software permite identificar os dispositivos de proteção contra arcos elétricos, contribuindo para a mitigação dos riscos. Foto: Electro Graphics/Reprodução

A segurança em sistemas elétricos é uma preocupação constante, especialmente quando se considera o risco de incêndios causados por arcos elétricos. 

Estes eventos, desencadeados por falhas no isolamento, podem gerar níveis elevados de energia e colocar em risco tanto equipamentos quanto pessoas. Para garantir a segurança em instalações elétricas, é fundamental realizar uma análise detalhada do risco de arcos elétricos.

Essa análise permite determinar a energia incidente, ou seja, a quantidade de energia liberada por um arco elétrico em um determinado ponto. Com base nesse valor, é possível definir o nível de proteção individual necessário para os profissionais que trabalham nesses locais.

O software Ampère, utilizado em projetos elétricos, oferece uma solução eficiente para a análise de riscos de arcos elétricos. Ele utiliza os modelos de cálculo estabelecidos pela norma IEEE 1584-2018 para determinar a energia incidente e o limite de arco elétrico, facilitando a análise de riscos e a definição dos EPI’s adequados

Além disso, o software permite identificar os dispositivos de proteção contra arcos elétricos, contribuindo para a mitigação dos riscos.

O software para cálculos de redes elétricas da Electro Graphics eleva a segurança na engenharia elétrica, permitindo a definição precisa de EPIs e dispositivos de proteção contra arcos elétricos. Com ele, você dimensiona projetos elétricos de forma segura e eficiente.

Os sistemas elétricos devem minimizar e mitigar os efeitos dos arcos elétricos, principalmente na operação de linhas energizadas, podendo ser ocasionado devido a curtos-circuitos acionados acidentalmente por operadores próximos a partes elétricas energizadas.

Em nível industrial, as correntes e as tensões da falta podem criar os arcos elétricos explosivos, com projeção de material fundido e radiação perigosa.

Normalmente, é feita uma análise do grau de periculosidade do arco elétrico que pode se desenvolver em um quadro elétrico, definido pelo valor da Energia incidente calculada na distância de trabalho.

A energia incidente determina o nível da proteção do equipamento de proteção individual EPI que o pessoal responsável em realizar as atividades em linhas energizadas deve utilizar.

Outras iniciativas de mitigação do risco dizem respeito à escolha de equipamentos e sistemas adequados, como disjuntores com limitação da corrente de falta e sensores de luz do arco elétrico projetados para interromper rapidamente a alimentação.

O software Ampère aplica os modelos de cálculos fornecidos pela norma IEEE 1584-2018 para a determinar a Energia incidente (E) e o Limite do Arc flash (AFB). A tabela abaixo relaciona os valores da Energia incidente com o nível do equipamento de proteção individual necessário.

A definição do Limite do Arc flash é retirada da norma NFPA 70E: a distância de onde ocorre o Arc Flahs e na qual você definitivamente não tem queimaduras fatais (3º grau) e com 50% de chance de verificar queimaduras de 2º grau. Se a energia irradiada for reduzida para 1,2 cal/cm2 (5 J/cm2), não é necessário nenhum EPI para Arc Flash.

Os valores fornecidos pela norma são a interpolação dos resultados obtidos a partir de testes realizados em três quadros típicos, com tensões de operação iguais respectivamente a 600, 2700 e 14300 V.

Limites de validação

O principal campo de utilização do cálculo prevê tensões de alimentação de linha de 208 V a 15.000 V. Os circuitos devem ser em corrente alternada com frequências de trabalho de 50 ou 60 Hz. As correntes da falta devem possuir valores entre:

  • de 208 V a 600 V: 500 A a 106.000 A;
  • de 601 V a 15.000 V: 200 A a 65.000 A.

A distância entre os condutores para diferentes faixas de tensão:

  • de 208 V a 600 V: 6,35 mm a 76,2 mm;
  • de 601 V a 15000 V: 19,05 mm a 254 mm.

Os quadros devem possuir os seguintes limites de dimensões:

  • Altura e largura máximas 1244,6 mm;
  • Área máxima de abertura 1.549 m2;
  • A largura deve ser de no mínimo 4 vezes a distância entre os condutores.

Fundamental no cálculo é a variável tempo, ou seja, a duração do arco. É calculado o tempo de abertura das proteções contra corrente de arco Iarc, ao qual se acrescenta 0.05 segundos para o tempo mínimo de abertura não retardada.

Deve-se dizer que a norma calcula a Energia incidente (E) como a maior de dois cenários, nos quais são considerados dois valores de corrente de arco, um nominal e outro reduzido. A redução da corrente pode afetar os tempos de abertura, resultando em um valor final superior ao da corrente plena.

Cálculo do Arc Flash

Vamos analisar a ferramenta oferecida pelo software para calcular a Energia incidente nos quadros elétricos. Para realizar a análise é necessário entrar na janela Editar dados do quadro e selecionar a guia Arc-Flash Hazard.

A janela abaixo é utilizada como uma “calculadora” para verificar o nível de perigo de um quadro como um todo, ou de um determinado usuário. Um caso particular pode ser um quadro contendo várias Células MT/AT, para o qual pode ser necessário fazer uma verificação pontual. Esses usuários são destacados na lista por um sufixo [Célula MT/AT] ao lado do nome.

Usuário de referência para o cálculo

Na janela é possível escolher um dos usuários pertencentes ao quadro, ou com o comando Localizar a maior falta no quadro, o software propõe o usuário com um grau de perigo maior.

É exibido a tensão de trabalho e a corrente da falta utilizada. A norma IEEE 1584 prioriza as correntes de falta trifásicas, embora não sejam o pior caso entre as faltas.

Para circuitos monofásicos ou bifásicos, o software utiliza a corrente de falta Ikm máx. A janela também fornece informações relacionadas à impossibilidade de realizar cálculos como:

  • Usuário sem alimentação;
  • Corrente de falta zero;
  • Tensão inferior a 208 V;
  • Tensão superior a 15 kV;
  • Frequência de trabalho diferente de 50 ou 60 Hz;
  • Corrente de falta maior que 106 kA (para tensões menores que 600 V);
  • Corrente de falta maior que 65 kA (para tensões maiores que 600 V);
  • Largura do quadro menor que 4 vezes a distância entre os eletrodos.

Propriedades do quadro para o Arc Flash

Na janela é possível inserir a Distância de trabalho e três propriedades do quadro. A Energia incidente, portanto, o nível de periculosidade do arco elétrico, é calculada na distância de trabalho presumida do operador.

Sendo um valor presumido e teórico, a janela permite uma análise em diferentes distâncias sugeridas pela norma, fornecendo uma série de quatro valores de energia e os correspondentes níveis de EPI necessários. A seguir, temos a Configuração dos eletrodos:

  • VCB: Eletrodos verticais em um quadro;
  • VCBB: Eletrodos verticais com barreira isolante em um quadro;
  • HCB: Eletrodos horizontais em um quadro;
  • VOA: Eletrodos verticais ao ar livre;
  • HOA: Eletrodos horizontais ao ar livre.

 A Distância entre os eletrodos deve ser escolhida considerando que a tensão de trabalho impõe um intervalo de valores aceitos, conforme sugerido pelo comentário abaixo do comando. Por fim, o tamanho do quadro complementa a informação “física”.

Se a carpintaria do quadro já estiver inserida, as dimensões são informadas automaticamente pelo software. Atenção: para células MT/AT, gerenciadas como usuários individuais, pode ser necessário inserir as dimensões da célula individual, ao invés do quadro geral.

Resultados com Iarc em 100%

A janela também exibe os cálculos relativos ao primeiro cenário com corrente total do arco. Essa determina os tempos de abertura da proteção, que são identificados pelo software a montante do usuário de referência.

O Limite do Arc Flash (AFB) é a distância onde é prevista uma Energia incidente de 5 J/cm2, o primeiro limiar para além do qual é necessário um grau de proteção pessoal. Por fim, possui a tabela com as distâncias, as energias incidentes e os níveis de proteção correspondentes, expressos em [mm]/[in] e [J]/[cal], unidades de medida personalizáveis.

Resultados com Iarc reduzida

A janela exibe os cálculos referentes ao segundo cenário com a corrente do arco reduzida. As correntes de falta que podem se desenvolver em um quadro possuem uma faixa de valores devido às condições externas que influenciam a falta, como a temperatura de trabalho e a tensão de alimentação.

Portanto, no parágrafo 4.5, o a norma IEEE 1584 fornece a equação para calcular os valores reduzidos da corrente do arco. Como já mencionado, é importante porque pode aumentar o Tempo do arco T em um valor tal que forneça um resultado final de Energia incidente maior do que em plena corrente.

Impressão dos resultados

Por fim, a janela permite a impressão dos resultados dos cálculos efetuados aplicando a norma IEEE 1584, principalmente para a criação de placas de aviso de perigo de arco elétrico para a fixação nos locais de risco.

O software fornece alguns modelos, como mostra a figura abaixo, e também permite criar modelos personalizados através do gerenciador de modelos Editar modelos.

Nota. Dentre os modelos propostos pelo software, o Arc Flash (modelo) oferece todas as etiquetas comentadas úteis como ponto de partida para qualquer documento personalizado referente ao estudo do arco elétrico.

Electro Graphics apresenta nova versão do software SOLergo

As opiniões e informações expressas são de exclusiva responsabilidade do autor e não obrigatoriamente representam a posição oficial do Canal Solar.

Picture of Electro Graphics
Electro Graphics
Fundada em 1990, Electro Graphics desenvolve softwares para projetos de engenharia elétrica, fotovoltaica e automação industrial.

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