INFORMATIVO TÉCNICO – Segurança em Instalações Elétricas e NR 10

Vivemos portanto imersos em um grande sistema formado por milhões de quilômetros de condutores energizados, onde o risco de recebermos um choque elétrico é constante em praticamente todos os lugares que frequentamos diariamente. Dificilmente encontramos uma pessoa que não recebeu pelo menos um choque em toda a sua vida.

Necessitamos portanto, para nossa segurança, de conhecermos o funcionamento básico das instalações elétricas, seus principais equipamentos, riscos de defeitos, manutenções recomendadas, o efeito da corrente elétrica no corpo humano etc. É com base nestes elementos que poderemos realizar um programa de prevenção e combate aos riscos provenientes do choque elétrico.

Levamos em consideração que já temos um conhecimento básico sobre o sistema de geração, transmissão e distribuição de energia. Sabemos também que estas áreas ficam restritas praticamente às concessionárias, as quais possuem normas próprias, normas nacionais e internacionais onde especialistas determinam como devem ser realizados os serviços de instalação, montagem, manutenção etc dentro de padrões de segurança internacionais. Analisaremos portanto as instalações elétricas a partir da alimentação pela concessionária, até o ponto de consumo, onde teremos nossa área de maior risco e de nossa responsabilidade quanto a segurança das pessoas e equipamentos.

Os consumidores de energia elétrica quanto ao sistema de alimentação pela concessionária podem ser divididos da seguinte forma :

• Sistemas industriais de grande porte, como siderúrgicas, fabricas de cimento, refinarias de petróleo etc. onde a energia consumida é muito grande. Nestes casos o fornecimento de energia elétrica é feito em tensões elevadas, 34,5 kV – 69 kV – 138 kV – 230 kV, onde o sistema de entrada desta energia necessita de subestações de grande porte, com montagem ao tempo, ocupando uma área considerável, e onde o acesso deve ser restrito a pessoas especializadas. Estes grandes sistemas possuem normalmente a sua distribuição interna, através de diversos transformadores, onde a alimentação dos mesmos é realizada em tensões de 2,4 kV – 4,16 kV – 6,9 kV – 13,8 kV e outras. A distribuição em baixa tensão é realizadas nas tensões 440 V (480/460V), 380 V, 220 V, 127 V.
• Industrias de médio porte onde a potência instalada dos transformadores varia normalmente, de 75 a aproximadamente 5000 kVA. A tensão de alimentação nestes casos varia, entre 13,8 kV – 23 kV – 34,5 kV, dependendo da região e das condições de concessionária. O sistema de entrada de energia é feito através de uma subestação, normalmente de instalação interna, onde o acesso deve ser restrito a pessoas especializadas. Neste tipo de sistema poderemos ter mais de um transformador instalado em vários locais da fábrica, montados em subestações apropriadas. A distribuição é feita em baixa tensão, nos valores de tensão já citados acima.
• Industrias de pequeno porte onde o valor de demanda máxima não ultrapassa a potência de 75 kVA. Para estes casos o sistema de alimentação é feito normalmente em baixa tensão, diretamente da rede de distribuição da concessionário, em 220/127 V (em nossa região) ou 380/220 V (algumas regiões, ex. SC) . A distribuição interna é feita na mesma tensão de alimentação.
• Comércio de grande porte, possui alimentação em média tensão, com características similares às industrias de médio porte.
• Comercio de pequeno e médio porte, onde a alimentação é feita normalmente em baixa tensão, com características similares a industrias de pequeno porte.
• Edifícios residenciais e comerciais de grande porte, com os transformadores dentro de suas instalações, montados em subestações apropriadas ou em postes. A tensão de alimentação do edifício varia dependendo da região, 13,8 kV ou 23 kV e a distribuição interna é realizada em baixa tensão (220/127 V ou 380/220 V).
• Edifícios residenciais e comerciais pequenos, com alimentação em baixa tensão diretamente da rede de distribuição da concessionária (220/127 ou 380/220 V).
• Residências onde a alimentação também é feita em baixa tensão diretamente da rede de distribuição da concessionária (220/127 ou 380/220 V).

Por questões de simplificação, e levando-se em consideração que a grande maioria das vezes trabalharemos com este tipo de instalação elétrica, analisaremos a partir de agora as subestações padrão concessionária, em cabines de alvenaria, com tensões 13,8 kV.

Dentro destas condições podemos subdividir uma subestação deste tipo em :

Seção de medição, a qual possui os seguintes equipamentos:

• Para-raios tipo distribuição ou estação para proteção contra sobretensões e descargas atmosféricas na linha de alimentação
• Muflas terminais
• Transformadores de corrente para medição da concessionária
• Transformadores de potencial para medição da concessionária
• Caixa de medição com respectivos medidores
• Barramentos e isoladores de pedestal
• Suportes e acessórios

Seção de proteção com os seguintes equipamentos:

• Chave seccionadora para isolar o circuito, principalmente em caso de manutenção. Estes equipamentos devem operar sem carga, isto é, com o disjuntor desligado
• Sistema de intertravamento entre as seccionadoras e o disjuntor de média tensão
• Disjuntor de média tensão para proteção geral das instalações contra sobrecarga e curto circuito
• Transformador de corrente para alimentar o sistema de proteção
• Relés de proteção que verificam o defeito e dão o comando para o disjuntor interromper o circuito
• Barramentos e isoladores de pedestal
• Suportes e acessórios

Seções de transformação contendo (poderá ter mais de uma):

• Chave seccionadora
• Transformador que abaixa a tensão para alimentação da diversas cargas do sistema. Ex.: 13800 V para 220/127 V, 13800 V para 380/220 V
• Cabos de saída em baixa tensão que irão alimentar o quadro geral de distribuição
• Barramentos e isoladores de pedestal

Seção de baixa tensão contendo:

• Proteção geral da baixa tensão (disjuntor ou seccionadora), que protege todo o sistema contra sobrecargas e curto circuitos das instalações elétricas
• Painel geral de proteção e distribuição completo com disjuntores e seccionadoras de saída,

Sistema de aterramento composto por:

• Cabos que irão conduzir a corrente de defeito
• Hastes de aterramento para melhorar a resistência de terra
• Conectores e terminais interligando todas as partes metálicas ao aterramento

A partir do painel geral de proteção e distribuição saem os cabos que irão alimentar os diversos quadros de distribuição espalhados por todo o sistema. Estes quadros de distribuição alimentam as mais diversas cargas das instalações elétricas, e podem ser :

• Quadros de iluminação e tomadas de uso geral
• Quadros de ar condicionado
• Painéis de energia estabilizada para computadores
• Centros de carga
• Centros de comando de motores etc.

Estes painéis/quadros de distribuição são compostos por disjuntores, seccionadoras, fusíveis, contatores, relés, etc. para proteção e controle dos diversos circuitos das instalações elétricas.

A partir dos quadros de distribuição, os condutores que alimentam as diversas cargas são divididos em circuitos. Um circuito pode ser definido como um conjunto de elementos ativos (pontos de luz força e tomadas), ligados nos mesmos condutores e protegidos pelo mesmo dispositivo de proteção.

Os diversos circuitos de uma instalação possuem características básicas conforme abaixo :

• Circuitos de iluminação e tomadas de uso geral devemos ter um numero limitado de aparelhos. (a pratica recomenda em torno de 10 a 12 pontos por circuito).
• Circuitos de tomadas com previsão de cargas maiores que 100 VA, possuem normalmente um numero menor de pontos, conforme cada caso.
• Para ar condicionado, chuveiro, aquecedores etc. utiliza-se um circuito por aparelho.
• Motores utilizam um circuito por unidade.
• Maquinas de sistemas industriais caracterizam um circuito por equipamento.

Os condutores que formam cada circuito devem ser protegidos por disjuntores, fusíveis ou relés instalados nos diversos quadros de distribuição. Já as cargas ligadas a estes circuitos devem ser protegidas por dispositivos individuais de proteção, existente no painel de comando das maquinas.

Cuidados especiais nestes casos deverão ser tomados quanto a :

• Isolar e sinalizar com placas de perigo, partes energizadas e não isoladas da instalação. Ex.: quadro de distribuição ou local onde serão colocados os quadros de distribuição, quadros de partida de motores etc.
• Utilizar equipamentos de boa qualidade, já que qualquer defeito poderá ser fatal a quem estiver utilizando.
• Utilizar equipamentos à prova de tempo, quando a instalação estiver sujeita a chuva e umidade.
• Tomar cuidado em fazer todas as conexões entre partes energizadas bem feitas, evitando excesso de emendas e instalações mal feitas.
• Principalmente não confundir instalação provisória com instalação mal feita.
• Não transportar materiais ou equipamentos altos próximos à linha da concessionária, evitando contatos acidentais, comuns neste tipo de instalação.

O dimensionamento e a especificação correta dos materiais e equipamentos constituem fatores primordiais no desempenho e segurança de uma instalação elétrica.

Para darmos a devida importância, e sabermos quantificar os riscos de uma instalação elétrica, apresentaremos a descrição de alguns dos principais equipamentos utilizados.

São equipamentos destinados à proteção contra sobretensões provocadas por descargas atmosféricas ou chaveamentos, nas redes de alimentação de alta e média tensão da concessionária.

São compostos basicamente por :

• Corpo de porcelana de alta resistência mecânica e dielétrica, onde estão alojados os principais elementos do pára-raios.
• Resistores não lineares, feitos normalmente de carboneto de silício ou óxido de zinco. São elementos de alta resistência à passagem da corrente para tensões nominais, porém tornam-se condutores em casos de sobretensões, deixando passar altos valores de corrente de surto.
• Desligador automático, que é composto basicamente por um elemento resistivo em série com uma capsula explosiva, protegida por um corpo de baquelite. É projetado para operar somente em caso de defeito no pára-raios.
• É constituído de um ou mais espaçamentos entre eletrodos, dispostos em série com os resistores não lineares, e cuja finalidade é assegurar, sob quaisquer condições uma descarga regular com uma rápida extinção do defeito.

Este equipamento é normalmente instalado na área de média tensão, e não necessita de manutenção preventiva exceto limpeza externa quando instalados em área poluentes. Devemos fazer inspeções periódicas verificando principalmente a atuação do desligador automático.

São equipamentos destinados a proteção contra sobrecorrentes e curto circuitos em linhas aéreas de distribuição. Tem a função principal de proteger ramais aéreos de alimentação, entradas de energia em média tensão, transformadores instalados em postes etc.

É composto basicamente de um corpo de porcelana, com dimensões adequadas à tensão de isolamento e à tensão suportável de impulso. Neste corpo está preso, através de uma articulação, um tubo de fenolite ou fibra de vidro, onde é instalado o elo fusível que irá proteger o sistema contra sobrecorrentes. A especificação deste tipo de chave deve ser feita quanto a sua capacidade de corrente e quanto a corrente de interrupção em caso de curto circuito. Quanto maior a corrente de defeito, maior serão os esforços dinâmicos que o cartucho deverá suportar, determinando assim a sua capacidade de interrupção.

Este equipamento é instalado em poste, e requer inspeção visual periódica, com verificação do aperto nas conexões.

São equipamentos destinados a restabelecer a condições de isolação da extremidade de um condutor isolado de média tensão, quando este for conectado a um condutor nu.

As muflas e terminações têm a finalidade de garantir a deflexão do campo elétrico, obrigando a que os gradientes de tensão radial e longitudinal se mantenham dentro de determinados limites.

São encontradas normalmente no mercado muflas do tipo com corpo de porcelana, termocontrátil , para instalações internas ou externas, e terminações com fitas especiais, próprias para instalações internas

Estes equipamentos são normalmente encontrados nos terminais dos cabos isolados de alimentação subterrânea das cabines primárias de energia.

Dos equipamentos que fazem parte da entrada de energia subterrânea, em média tensão, é o que tem a maior probabilidade de defeito, devendo passar por medições de isolamento periódicas. Estas medições dirão as condições em que se encontram estes equipamentos, que em caso de defeitos deverão ser substituídos imediatamente.

Estes cabos são constituídos de um condutor metálico revestido de uma camada de fita semicondutora por cima da qual é aplicada a isolação. Uma segunda camada de fita semicondutora é aplicada à blindagem metálica que pode ser composta de uma fita ou de fios elementares. Finalmente, o cabo é provido de uma capa externa, normalmente PVC.

A fita semicondutora é responsável pela uniformização do campo elétrico radial e transversal, distorcido pela irregularidade da superfície externa do condutor.

A blindagem metálica tem a função de garantir o escoamento das correntes de defeito para a terra, e a capa externa de agregar a blindagem metálica e dotar o cabo de uma proteção mecânica adequada, principalmente no instante da instalação do cabo dentro do duto.

Este tipo de cabo deverá ter sua camada isolante livre de qualquer impureza ou bolha, pois caso contrário, poderão ocorrer descargas internas, provocando aquecimento, e conseqüentes danos à instalação.

Necessitam de inspeções visuais e medições de isolamento periódicas, e assim como as muflas terminais, em caso de qualquer anormalidade deverão ser imediatamente substituídos.

São equipamentos capazes de reduzir a corrente que circula no seu primário, a valores inferiores, compatíveis com as características dos instrumentos de medição ou relés ligados ao seu secundário. Os transformadores de corrente são constituídos por um enrolamento primário com poucos espiras, ou barra, por um núcleo de aço silício e um enrolamento secundário dimensionado normalmente para uma corrente de 5 A.

Os transformadores de corrente dividem-se basicamente em duas categorias, para medição e para proteção. Os transformadores de corrente para medição são projetados para, além de seu funcionamento normal, assegurar a proteção aos equipamentos a ele ligados (amperímetros, medidores de energia etc.) em caso de eventuais sobrecorrentes ou curtos-circuitos no sistema. Mesmo com o aumento excessivo da corrente no primário, a corrente no secundário é limitada a um valor próximo de 5A, em função da saturação do núcleo magnético do transformador. Os transformadores para proteção tem características similares, apenas que limitam o valor da corrente no secundário a valores em torno da 20 vezes 5 A. Os equipamentos de medição e proteção são portanto dimensionados para suportarem estas características, não devendo portanto nunca ser ligado um instrumento de medição a um transformador de corrente de proteção ou o inverso.

Estes transformadores podem ser do tipo conforme abaixo :

• Tipo barra – onde o primário é constituído por uma barra fixada através do núcleo.
• Tipo enrolado – quando o enrolamento primário é constituído por uma ou mais espiras.
• Tipo janela – que é constituído de uma abertura através do núcleo, por onde passa o condutor, fazendo a vez do enrolamento primário.
• Tipo bucha – são similares aos tipo barra, porém instalados nas buchas de transformadores, ou disjuntores.
• Tipo núcleo dividido – são similares ao tipo janela, porém o núcleo pode ser separado para permitir envolver um condutor que funcionaria como enrolamento primário.

Para este tipo de equipamento é definido um percentual de erro de funcionamento, que varia para os de medição entre 0,3 – 0,6 – 1,2 % e para os de proteção entre 5 ou 10%.

Cuidados especiais devem ser tomados para não serem deixados em aberto os terminais secundários dos transformadores de corrente quando estes estão energizados, pois caso isto aconteça, poderão surgir tensões elevadas provocando danos à isolação do equipamento, e perigo à vida de pessoas.

São utilizados normalmente para alimentação de sistemas de medição (medidores de energia, voltímetros etc.), sistemas de proteção (relés de sub e sobretensão etc.) e para serviços auxiliares de subestações. Para aqueles utilizados nos sistemas de medição e proteção são definidos percentuais máximos de erro que variam entre 0,3 – 0,6 e 1,2 %.

Ao contrário dos transformadores de corrente, quando se desconecta a carga do secundário de um transformador de potencial, os seus terminais devem ficar em aberto, pois, se um condutor de baixa resistência for ligado aos terminais, provocará um curto-cicuito franco, capaz de danificar o equipamento e causar risco a vida humana.

Pode ser do tipo interno-interno, quando utilizada para interligar dois cubículos vizinhos e fechados, e do tipo interno-externo quando utilizada para interligar um cubículo fechado à uma rede externa.

Na grande maioria das vezes, são utilizadas seccionadoras para operação sem carga, sempre intertravadas com um disjuntor. Em alguns casos, dependendo das necessidades do projeto, podem ser utilizadas seccionadoras manuais ou de operação automática, que possuem capacidade de interromper cargas com determinadas características.

Estas chaves são normalmente tripolares para instalação interna, e possuem variações construtivas, dependendo do tipo de utilização em cabines de alvenaria ou cubículos blindados.

Estes equipamentos necessitam de manutenção periódica com limpezas e lubrificação dos contatos, bem como medição das características de isolamento e resistência de contato.

São equipamentos destinados à proteção e manobra de circuitos alimentadores de média tensão. Possuem a capacidade de interromper altos valores de corrente de curto-circuito durante a ocorrência de um defeito. São sempre associados a relés, que detectam o defeito, e dão o comando para que o disjunto atue interrompendo o circuito.

Os tipos de disjuntores encontrados no mercado atualmente, em função da maneira com que ocorre a extinção do arco no instante da interrupção do circuito, são os seguintes:

• A grande volume de óleo
• A pequeno volume de óleo
• A seco
• A vácuo
• Em SF6

Os disjuntores a grande volume de óleo, em função da evolução tecnológica, não são mais utilizados, sendo encontrados apenas em instalações mais antigas. Entre os demais, principalmente por questões de custo, o mais utilizado é o disjuntor a pequeno volume de óleo, sobre o qual falaremos a seguir.

Os disjuntores a pequeno volume de óleo, são compostos basicamente das seguintes partes:

• Carrinho de sustentação
• Pólos onde encontramos os contatos fixos e móveis, e a câmara de extinção
• Mecanismo de comando

A interrupção da corrente neste tipo de disjuntor se dá em uma câmara contendo óleo, o qual através de um mecanismo apropriado facilita a extinção do arco. Estes disjuntores são fabricados com acionamento manual ou motorizado, nas versões fixas e extraíveis, cuja utilização depende das necessidades de cada projeto.

Dos equipamentos de média tensão é um dos que deveremos ter maior cuidado quanto a manutenção, principalmente nos disjuntores a pequeno volume de óleo. A manutenção deste equipamento abrange vários itens com limpeza geral do comando e da partes isolante, verificação e eventual troca de óleo, testes de resistência de contato, teste de isolação, inspeção visual dos contatos internos do disjuntor etc.

São fusíveis para proteção normalmente de transformadores, e ramais alimentadores de saída em média tensão. São extremamente rápidos, e em instalações industrias, são utilizados acoplados a chaves seccionadoras, substituindo muitas vezes, por questões de custo e espaço, os disjuntores de média tensão. São compostos por elementos metálicos calibrados (elemento fusível) ligados em paralelo, envolvidos no interior de um corpo cilíndrico de porcelana por uma homogênea camada de areia de quartzo de granulometria reduzida e que se constitui no meio extintor.

Normalmente este tipo de fusível possui um elemento percursor externo, que se solta com a fusão do elemento fusível, podendo quando for o caso vir a acionar o disparo da seccionador interruptora, ou apenas indicar a sua atuação. A inspeção neste tipo de equipamento, limita-se a verificar eventuais rachaduras ou correntes de fuga externa, ou indicação de atuação através do percursor ou outro indicador externo.

Diferenciam-se basicamente pelas características do seu meio isolante, e podem ser :

• Imersos em óleo isolante mineral, mais utilizados em função do seu custo, tendo porém o problema do óleo mineral ser inflamável. Deve-se portanto tomar os devidos cuidados com o seu local de instalação.
• Imerso em silicone praticamente não inflamável (somente a partir de temperaturas muito altas), pouco utilizado em função do seu alto custo.
• A seco/encapsulado, é a opção mais utilizadas quando se necessita de transformadores com alta segurança quanto à inflamabilidade, ex.: shopping center, edifícios residenciais, edifícios comerciais com grande circulação de pessoas etc. Os transformadores a óleo mineral, são os que mais necessitam de inspeção e manutenção preventiva, as quais constam principalmente de limpeza e inspeção visual externa, testes de isolamento, ensaios do óleo isolante, verificação nas conexões etc.

São equipamentos destinados ao comando e proteção de circuitos de baixa tensão. Possuem normalmente acoplado a eles, disparadores térmicos para proteção do sistema contra sobrecargas, e disparadores eletromagnéticos para proteção contra curto circuito nas instalações elétricas.

Quanto a sua parte construtiva, pode ser do tipo:

• Aberto, o qual é montado em uma caixa metálica aberta, utilizado em instalações industriais, para sistemas com altas correntes nominais e elevados índices de curto circuito.
• Caixa moldada, a qual é montada em uma caixa moldada em poliester especial ou fibra de vidro, possui tamanho bem menor que os disjuntor aberto, e é fabricado para pequenos até altos valores de corrente nominal e de curto circuito. É utilizado tanto em instalações industriais como residenciais. Em qualquer das opções acima, pode ser fabricado na versão extraível ou fixa, manual ou motorizada.

É importante neste equipamentos verificar periodicamente as conexões, com inspeção visual, termográfica, e testes de resistência de contato.

Encontramos no mercado disjuntores diferenciais residuais tripolares ou tetrapolares, utilizados na proteção geral dos painéis, e disjuntores bipolares para a proteção dos circuitos individuais. Quanto a sensibilidade de defeito de correntes de fuga a terra ou contatos de pessoas a partes energizadas do circuito, encontramos equipamentos na faixa de 30 a 500 mA, permitindo o seu emprego em todas as instalações de baixa tensão, de prédios residenciais, comerciais e industriais.

VOLTÍMETRO / AMPERÍMETRO

A areia de quartzo, que é o elemento extintor do fusível, absorve toda a energia calorífica produzida pelo arco, cujo vapor de elemento metálico fundido fica envolvido por esta, resultando no final um corpo sólido isolante que mantém a extremidade do fusível ligada à carga, eletricamente separada da outra extremidade ligada à fonte.

São equipamentos destinados a abertura de um circuito, comandando simultaneamente todos os seus pólos. Sua principal utilização nas instalações elétricas é para permitir a execução da manutenção de maneira segura nos circuitos de uma instalação.

Encontramos no mercado seccionadoras na versão sem carga, utilizada para opera circuitos desenergizados ou somente com tensão, e na versão sob carga ou interruptor, capaz de operar com o circuito desde a condição de carga nula até a de plena carga. Estes últimos são providos de câmaras de extinção de arco e de um conjunto de molas capaz de imprimir uma velocidade de operação elevada. Quanto a manutenção destes equipamentos, é de grande importância a limpeza e lubrificação dos contatos, bem como a inspeção térmica e reaperto das conexões.

São dispositivos de atuação eletromagnética destinados à interrupção de um circuito em carga ou a vazio. São utilizados principalmente para comando de motores, e comando remoto de sistemas de iluminação. O seu princípio de funcionamento baseia-se na força magnética que tem origem na energização de uma bobina e na força mecânica proveniente do conjunto de molas de que se compõe.

Quando a bobina é energizada, a força eletromecânica desta sobrepõe-se à força mecânica das molas, obrigando os contatos móveis a se fecharem sobre os contatos fixos aos quais estão ligados os terminais do circuito. Estes equipamentos são fabricados para suportar um elevado número de manobras. Manutenção periódica com verificação dos contatos é de grande importância para a vida útil do equipamento.

São dispositivos dotados de um par de lâminas com metais de diferentes coeficientes de dilatação linear, que quando aquecidos pela passagem de uma corrente de intensidade ajustada, opera um contato, que irá provocar o desligamento de um contator magnético, normalmente a ele acoplado mecanicamente.

São fabricados de maneira a possibilitar ajustes na corrente de atuação, e atuam a partir de uma curva a tempo inverso, isto é, quanto maior for a corrente que passa pelo relé mais rápido ele irá atuar. São muito utilizados para proteção de motores, quando o seu comando é feito através de contatores.

Encontramos no mercado chaves do tipo manual a seco ou a óleo e automática. Funcionam basicamente com a partida em dois estágios, fazendo com que no primeiro estágio o motor parta com tensão abaixo do nominal, reduzindo desta forma sua corrente de partida, e passando em seguida para um segundo estágio, aplicando a tensão plena ao motor levando-o ao funcionamento normal.

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