As medições de grandezas elétricas devem atender critérios bem definidos de segurança, minimizando os riscos de acidentes de quem as realiza, por mais qualificados que sejam esses profissionais. Entre esses critérios está a observância da Categoria de Instalação de Sobretensão (CAT), dividida em CAT I, CAT II, CAT III E CAT IV . Esse parâmetro consta na norma para segurança em trabalhos em eletricidade, a ABNT NBR 16384:20201, que recomenda que os instrumentos utilizados em medições sejam adequados à norma internacional IEC61010-12, que indica que os instrumentos de medição elétrica devem atender às categorias de utilização.
A CAT define o nível de proteção aos transientes de tensão que cada instrumento possui, em função da tensão e da distância da fonte de alimentação. Instrumentos de categoria mais elevadas possuem maior proteção interna para que possam operar mais próximos da fonte de energia.
Ao se especificar corretamente a CAT de um aparelho, deve-se escolher sempre a classificação mais alta em que ele pode vir a ser utilizado. O objetivo da classificação CAT é minimizar ou reduzir a possibilidade de ocorrência de um arco elétrico no interior do aparelho. Normalmente, as classificações estão localizadas junto dos conectores de entrada e são assim definidas (imagem 1):
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• Categoria CAT I: equipamentos eletrônicos protegidos.
• Categoria CAT II: cargas ligadas a receptáculos monofásicos, como eletrodomésticos e ferramentas portáteis.
• Categoria CAT III: distribuição trifásica, que inclui iluminação comercial monofásica e equipamentos em locais fixos, como mecanismos de comutação e motores multifásicos.
• Categoria CAT IV: conexão trifásica na ligação aos serviços públicos de energia. Refere-se à “entrada da instalação,” ou seja, onde é estabelecida a ligação de baixa tensão ao serviço público, medidores de eletricidade, equipamento principal de proteção de sobrecarga.
O cuidado com a segurança nas medições de grandezas elétricas não deve ser observado apenas com o equipamento em si, mas também em relação aos seus acessórios, como, por exemplo, as pontas de prova, elementos essenciais para a segurança no trabalho de medição. Por isso deve-se verificar se as pontas de prova também atendem ao nível CAT necessário para a medição a ser realizada (imagem 2).
As normas NR103 e ABNT NBR 16384:2020recomendam que os trabalhos de instalação, inspeção e manutenção das instalações elétricas sejam feitos com elas desenergizadas, algo que não se aplica quando medições são necessárias. Por esse mesmo motivo esses documentos apresentam recomendações para trabalhos onde é necessário atuar em instalações energizadas, quando os riscos de ferimentos causados por choque ou arco elétrico são existentes (imagem 3). A utilização de equipamentos de medição de qualidade não é suficiente para garantir a segurança de quem trabalha com a eletricidade, caso eles não possuam a CAT adequada para o serviço que será executado.
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Referências.
1) Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). ABNT NBR 16384:2020. Segurança em eletricidade — Recomendações e orientações para trabalho seguro em serviços com eletricidade. https://www.abntcatalogo.com.br/norma.aspx?ID=438189
2) International Electrotechnical Comission (IEC). IEC 61010-1:2016/AMD1. Amendment 1 – Safety requirements for electrical equipment for measurement, control, and laboratory use – Part 1: General requirements. https://www.abntcatalogo.com.br/norma.aspx?ID=365045
3) Escola Nacional da Inspeção do Trabalho (ENIT). Norma Regulamentadora Nº10 (NR10), Segurança em Instalações e Serviços em Eletricidade. NR 10 – SEGURANÇA EM INSTALAÇÕES E SERVIÇOS EM ELETRICIDADE (trabalho.gov.br)
Crédito das imagens.
Todas as imagens pertencem à Fluke, www.fluke.com/pt-br
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Proteção contra arcos elétricos
Um arco elétrico é o resultado da ruptura dielétrica de um gás, produzindo um plasma, que acontece pela existência de um caminho de baixa impedância entre um condutor e o aterramento, ou entre duas fases de uma instalação elétrica, permitindo assim que a corrente passe por esse caminho. Ele corresponde ao fluxo de corrente em um meio normalmente isolante como o ar, quando se perde o controle da corrente elétrica e ela consegue superar a rigidez dielétrica desse meio, sendo conduzida através dele até perder a sua energia1 (imagem 1).
Imagem 1. Arcos elétricos liberam grande quantidade de energia.
Entre possíveis causas de um arco elétrico uma bastante comum é a presença, totalmente indevida, de objetos metálicos, como ferramentas, no interior de um painel. Outra causa muito frequente de arcos elétricos é a corrosão de barramentos metálicos, dificultando a passagem da corrente pelo caminho que normalmente ela deveria seguir. Apesar do ar não ser um meio normalmente condutor pelo qual a corrente deve fluir, quando acontece o arco ela passa pelo vapor gerado pelo material que está sendo consumido.
A quantidade de energia liberada por um arco elétrico provoca diversos riscos para as pessoas que estiverem no local onde ele acontece, como cegueira, surdez, e queimaduras, podendo ainda ocorrer o deslocamento de ar, capaz de arremessar fragmentos a uma grande velocidade, com consequências que podem ser fatais para quem for atingido por eles; além de danificar máquinas, equipamentos e painéis2 (imagem 2). Para a proteção das pessoas contra os efeitos de um arco elétrico é fundamental o conceito de energia incidente, que corresponde a quantidade de energia térmica impressa em uma superfície, tipicamente expressa em calorias por centímetro quadrado (cal/cm2) ou Joule por centímetro quadrado (J/cm2). Quando originada por um arco elétrico ela pode assumir, no intervalo de um segundo, valores da ordem de 100 cal/cm2 . Caso a pele humana seja atingida pela energia incidente de um arco elétrico poderá alcançar em um intervalo de meio segundo temperaturas de até 500 °C, aumentando o volume da água nela contida em cerca de 500 vezes, causando um efeito semelhante ao de uma explosão, pela velocidade em que ocorre essa expansão3.
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Imagem 2. Os efeitos do arco elétrico podem ser fatais.
Em torno do arco o volume do ar aquecido também se expande, alcançando quase o triplo do valor inicial, causando também uma explosão. Para um ser humano o limiar de queima que pode ser curada, distância de segurança do arco elétrico, corresponde à distância onde a energia incidente não excede 1,2 cal/cm2 (5 J/cm2 ). Essa distância deve ser determinada pelo cálculo do potencial de danos do arco.
A principal medida de proteção contra os arcos elétricos é a desenergização do painel antes da sua abertura, uma prioridade segundo as normas NR104 e ABNT NBR 16384:20205. Como nem sempre essa medida pode ser empregada, é necessário também a utilização de Equipamentos de Proteção Coletiva (EPC) e Individual (EPI) para reduzir os efeitos do arco no corpo de cada trabalhador.
Uma medida de proteção eficaz contra os efeitos do arco elétrico, em pessoas e instalações, é a utilização de supressores de arco elétrico6, que detectam e interrompem um arco elétrico em fração de segundos, impedindo que ele alcance sua energia máxima, reduzindo assim seu poder de destruição (imagem 3).
Imagem 3. Supressor de arco elétrico DEHNShort®.
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Referências.
1) MOREIRA, Blenda Macedo. Estudo e redução de energia incidente por arco elétrico em um sistema industrial. Projeto de graduação apresentado ao curso de Engenharia Elétrica da Escola Politécnica da Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Engenheiro Eletricista. http://www.monografias.poli.ufrj.br/monografias/monopoli10027717.pdf
2) LOBO, Deonisio Lourenço; CABRAL, Sérgio H. L. Métodos de especificação de EPIs para proteção contra arcos elétricos. Revista Eletricidade Moderna, agosto de 2016, nº 509. https://www.arandanet.com.br/revista/em/materia/2017/11/16/metodos_de_espec.html
3) DANTAS, Pierre Vilar. Cálculo de energia incidente e distanciamento de segurança do arco elétrico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Amazonas (UFAM).
4) Escola Nacional de Inspeção do Trabalho (ENIT). Norma regulamentadora nº 10 (NR 10) – Segurança em instalações e serviços em eletricidade. https://enit.trabalho.gov.br/portal/images/Arquivos_SST/SST_NR/NR-10.pdf
5) Associação Brasileira de Normas Técnica (ABNT). ABNT NBR 16384:2020, Segurança em eletricidade — Recomendações e orientações para trabalho seguro em serviços com eletricidade. https://www.abntcatalogo.com.br/norma.aspx?ID=438189
6) O DEHNshort®. Portal Universo Lambda. http://universolambda.com.br/o-dehnshort/
Crédito das imagens.
1) Portal Universo Lambda. https://universolambda.com.br/porque-o-arco-eletrico-e-tao-importante-para-o-esw-brasil/
2) Associação Brasileira de Conscientização para os Perigos da Eletricidade (Abracopel). https://abracopel.org/blog/protetores-faciais-dehn-a-melhor-tecnologia-contra-os-efeitos-de-um-arco-eletrico/
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O cálculo do ATPV
O Arch Thermal Performance Value (ATPV) é o valor em calorias por centímetro quadrado (cal/cm²) da proteção conferida por um material, normalmente um tecido, ao efeito térmico proveniente de um arco elétrico. Seu principal objetivo é garantir que os Equipamentos de Proteção Individual (EPI) protejam de forma eficaz quem os estiver utilizando, evitando que a pessoa sofra queimaduras que possam causar ferimentos irreversíveis ou fatais1 (imagem 1). O ATPV está diretamente relacionado às características do tecido que compõe uma vestimenta e sua tecnologia de fabricação. Ele representa o valor máximo de energia incidente sobre esse tecido que resulta em uma energia no lado protegido da vestimenta, em contato com o corpo humano, que poderia com 50% de probabilidade causar queimaduras de segundo grau. Sendo que, de um modo geral, quanto maior a gramatura do tecido maior a proteção fornecida. Assim, o ATPV é uma estimativa da barreira conferida pelo tecido e, consequentemente, da vestimenta, que com base nos cálculos da energia incidente (cal/cm2) deverá ter o nível de proteção necessário para garantir a segurança de quem se expõe ao risco de receber a energia de um arco elétrico.
Para o cálculo da energia incidente gerada por um arco elétrico devem ser utilizados os seguintes parâmetros2:
1) Diagrama unifilar da instalação elétrica;
2) Tensão nominal do sistema;
3) Intensidade da corrente de curto-circuito;
4) Tempo de atuação da proteção da instalação;
5) Posição presumida do trabalhador durante a ocorrência de um arco elétrico. Um arco elétrico libera uma enorme quantidade de energia em um intervalo de tempo muito curto e se movimenta na velocidade de aproximadamente 100 m/s. A temperatura máxima alcançada por um arco elétrico é igual ao dobro da existente na superfície do sol, 20.000 °C, capaz de fundir metais e liberar gases tóxicos. Estudos demonstram que se a duração de um arco elétrico ultrapassar 100 ms, as pessoas ao alcance da energia liberada por ele estarão expostas ao risco de queimaduras graves e se ele durar mais que 500 ms poderá acontecer
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uma explosão causando a destruição total de equipamentos e a morte de pessoas3 (imagem 2).
A intensidade da corrente do arco é influenciada pela configuração do barramento, o valor da corrente de curto-circuito e a distância entre os barramentos. Já a determinação da duração do arco depende do tempo de atuação das proteções do sistema, considerando nesse caso o dispositivo de proteção à montante do ponto de sua ocorrência, que será aquele que interromperá a corrente de arco na ocorrência de uma falta.
Determinado o valor do ATPV e especificado o EPI, deve-se enfatizar que a sua utilização não elimina o risco, mas será uma barreira indispensável para evitar ou atenuar lesões ou danos à saúde causados pela exposição do corpo humano à energia liberada por um arco elétrico. Por isso, a utilização de EPI não substitui a implementação de medidas de caráter geral (coletivas e administrativas), estabelecimento de procedimentos de segurança e gerenciamento dos riscos existentes nas instalações elétricas, já que a utilização de EPI é a última barreiras de proteção, reduzindo mas não eliminando a energia do arco elétrico que alcance o corpo humano4 (imagens 3 e 4).
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Tabela 1. Especificação dos Equipamentos de Proteção Individual (EPI) em função das Categorias de Risco conforme a NFPA 70E5
| Risco | Energia incidente (cal/cm²) | Categoria | ATPV mínimo requerido (cal/cm²) |
| Mínimo | ≤ 1,2 | 0 | Não aplicável |
| Leve | 1,2 a 4,0 | 1 | 4,0 |
| Moderado | 4,1 a 8,0 | 2 | 8,0 |
| Elevado | 8,1 a 25,0 | 3 | 25,0 |
| Elevadíssimo | 25,1 a 40,0 | 4 | 40,0 |
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Referências
1) O Arch Thermal Performance Value (ATPV). Portal Universo Lambda. https://universolambda.com.br/dicas-de-tecnologiao-arch-thermal-performance-value-atpv/
2) MOREIRA, Blenda Macedo. Estudo e redução de energia incidente por arco elétrico em um
sistema industrial. Projeto de Graduação apresentado ao Curso de Engenharia Elétrica da
Escola Politécnica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos
necessários à obtenção do título de Engenheiro Eletricista. Rio de Janeiro, novembro de
2018
3) CAMPOS, Mateus Polito. Estudo da energia incidente do arco elétrico em
quadros/painéis elétricos. Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia
Elétrica do Centro Federal de Educação Tecnológica (CEFET) Minas Gerais,
como parte dos requisitos necessários à obtenção do grau superior em
Engenharia Elétrica. Belo Horizonte, 2016. http://www2.dee.cefetmg.br/wp-content/uploads/sites/18/2017/11/TCC_2016_1_MPCampos.pdf
4) RESENDE, Filipe Barcelos. Proteção elétrica em subestações: uma abordagem
sobre a energia incidente. Dissertação de mestrado, Programa de Pós graduação em
Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Minas Gerais. https://www.ppgee.ufmg.br/defesas/1376M.PDF
5) Manual de orientação para especificação das vestimentas de proteção contra
os efeitos térmicos do arco elétrico e do fogo repentino. Secretária de Inspeção do Trabalho
(SIT). http://www.segurancanotrabalho.eng.br/manuais_tecnicos/manual_vestimentas.pdf
Crédito das imagens
1) Davis Saperstein & Salomon. https://www.dsslaw.com/personal-injury-attorney/burn-injury/causes-of-burns/
2) Imagem disponível na internet, sem autoria definida
3) DEHN. https://www.dehn-international.com/store/p/en-DE/F50076/dehncare-aps
4) Portal Universo Lambda. https://universolambda.com.br/o-dehnshort/
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