A segurança no ambiente industrial é uma prioridade que exige constante evolução tecnológica e conscientização. Uma das ameaças mais críticas à integridade dos trabalhadores em instalações elétricas é o fenômeno conhecido como Arc Flash. Esse evento de alta energia pode causar graves lesões e até mesmo ser fatal, resultando em queimaduras, explosões e liberação de gases tóxicos. Mais de 80% dos acidentes elétricos resultam de arco elétrico e combustão de roupas inflamáveis. Diante dessa ameaça, o uso de sensores de arco elétrico se destaca como uma ferramenta essencial para a segurança do operador, tanto pela prevenção quanto pela mitigação de riscos.
O que é Arc Flash?
O Arc Flash é um fenômeno que ocorre quando há o rompimento do dielétrico do meio (em geral o ar) na ocorrência de um curto-circuito entre fases ou fase-terra. Esse evento libera repentinamente uma quantidade imensa de energia térmica e radiante, com temperaturas que podem atingir até 20.000 °C, criando um ambiente extremamente perigoso para quem opera ou realiza manutenção em instalações elétricas. Destacam-se os principais efeitos do arco elétrico:
- Temperaturas elevadas
- Elevação da pressão do ar, atuando como um impacto explosivo
- Desprendimento de vapores e gases prejudiciais à saúde
- Projeção de resíduos, com a emissão de partículas sólidas líquidas e gasosas
- Luminosidade elevada
- Estampido
Como calcular a energia do Arc Flash?
A norma IEEE 1584-2018, intitulada “Guide for Performing Arc-Flash Hazard Calculations”, é um guia técnico desenvolvido pelo Instituto de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos (IEEE). Ela fornece diretrizes específicas para a análise, cálculo e mitigação dos riscos associados ao arco elétrico em sistemas elétricos industriais e comerciais. Esses riscos incluem queimaduras graves, incêndios e danos a equipamentos, além de impactos na segurança dos trabalhadores.
A IEEE 1584-2018 tem como objetivo principal:
- Calcular a energia incidente gerada por um arco elétrico, expressa em cal/cm².
- Determinar as distâncias seguras de trabalho, chamadas de “distâncias de arco seguro”.
Os modelos de cálculos e equações apresentadas nesta norma, se referem a instalações com tensão de operação entre 208 V e 15000 V, na frequência de 50 Hz e 60 Hz.
De acordo com a National Fire Protection Association (NFPA 70E), a análise de risco de Arc Flash é um requisito obrigatório para garantir a segurança de operadores e técnicos. Entre os riscos do arco elétrico destacam-se:
- Queimaduras, podendo ser fatais até mesmo quando a pessoa estiver a alguns metros de distância
- Projeção de objetos arremessados em alta velocidade
- Deslocamento de ar com pressão que pode deslocar a pessoa a distâncias consideráveis
- Queima de vestimenta
- Perda de audição devido à explosão sonora
- Perda de visão, ocorrendo o secamento da retina devido às altas temperaturas
- Intoxicação por gases tóxicos
A Importância dos Sensores de Arco Elétrico
O tempo em que o arco elétrico é eliminado é de crucial importância para a mitigação dos danos à saúde do operador, bem como dos equipamentos:
- Até 500 ms: Ferimentos sérios às pessoas e danos nos equipamentos
- Até 100 ms: sem danos sérios às pessoas e danos pequenos aos equipamentos (leves reparos)
- Até 35 ms: danos leves às pessoas e irrelevantes aos equipamentos
Diversas técnicas são utilizadas para a diminuição do tempo de eliminação da falta, como técnicas de seletividade cronológica, ajuste de tempo dos disparadores de baixa tensão abaixo da corrente de arco, substituição de relés eletromecânicos por digitais e com ajustes otimizados, entre outros. Porém, um dispositivo que vem se mostrando bastante eficaz são os relés monitores de arco.
O sensor de arco elétrico é um dispositivo que detecta a presença de um arco em um sistema elétrico, acionando mecanismos de segurança, como o desligamento imediato da energia ou alertas visuais e sonoros. O sensor consegue identificar o arco antes que ele cresça a níveis críticos, reduzindo significativamente o tempo de exposição dos trabalhadores ao risco. A detecção rápida é um fator crucial para evitar as consequências graves do Arc Flash. Em comparação com métodos tradicionais de proteção, como disjuntores, os sensores de arco são capazes de atuar em milissegundos, o que pode ser decisivo na proteção da vida humana e da integridade do sistema.
Com base nos tempos reduzidos, considerando a aplicação de sensores de arco, se determina a energia incidente real, calculada conforme a norma IEEE 1584-2018. Esta energia é base determinar as vestimentas adequadas para garantir a segurança dos trabalhadores contra os perigos do arco elétrico, conforme indicado na NFA 70E e resumida no quadro 1.
Quadro 1 – Categorias de Riscos x Vestimentas de Proteção
| EQUIPAMENTOS DE PROTEÇÃO POR CATEGORIA | ENERGIA INCIDENTE | TOTALIZAÇÃO DA CATEGORIA CONFORME IEEE 1584 | |
|---|---|---|---|
| CATEGORIA 1: Camisa e calça comprida resistentes a arco + Protetor facial resistente a arco + Capacete + Óculos de segurança + Protetor auricular + Calçado de segurança | 0,0 – 1,2 cal/cm² | #CATEGORIA 1 = 45 | (*N_ka) – Out of IEEE 1584 kA Range. Lee Equation Used. Consider NESC/EPRI method to compare. |
| CATEGORIA 1: Camisa e calça comprida resistentes a arco + Protetor facial resistente a arco + Capacete + Óculos de segurança + Protetor auricular + Calçado de segurança | 1,2 – 4,0 cal/cm² | #CATEGORIA 2 = 21 | (*N3) – Arcing Current Low Tolerances Used. |
| CATEGORIA 2: Camisa e calça comprida resistentes a arco + Protetor facial resistente a arco e balaclava + Capacete + Óculos de segurança + Protetor auricular + Calçado de segurança | 4,0 – 8,0 cal/cm² | #CATEGORIA 3 = 43 | (*N6) – Special Instantaneous Protectio. |
| CATEGORIA 3: Camisa e calça comprida resistentes a arco ou macacão + Capuz carrasco resistente a arco + Capacete + Óculos de segurança + Protetor auricular + Calçado de segurança | 8,0 – 25,0 cal/cm² | #CATEGORIA 4 = 24 | (*N9) – Max Arcing Duration Reached. |
| CATEGORIA 4: Camisa e calça comprida resistentes a arco ou macacão + Capuz carrasco resistente a arco + Capacete + Óculos de segurança + Protetor auricular + Calçado de segurança | 25,0 – 40,0 cal/cm² | PERIGOSO! = 20 | (*N14a) – INST Protection. User to define trip time. |
| PERIGOSO!: Não há EPI Apropriado | 40,0 – 999,0 cal/cm² | IEE 1584 2018 Bus Report – IEC909 Fault (80% Cleared Fault Threshold, include Ind. Motors ≥ 50hp for 5 | |
| For additional information refer to NFPA 70 E, Standard for Electrical Safety in the Workplace. | Device with 80% Cleared Fault Threshold | ||
Fonte: NFPA 70: National Electrical Code (Artigo 130: Work Involving Electrical Hazards).
Benefícios e Necessidades de Implementação
O principal benefício da instalação de sensores de arco é a proteção direta ao operador, reduzindo o risco de acidentes fatais. Outros benefícios incluem:
- Redução de danos ao equipamento: a atuação rápida do sensor evita que o arco elétrico cause danos permanentes em componentes críticos.
- Aumento da confiabilidade do sistema: com a proteção garantida, o sistema elétrico opera de maneira mais estável e com menores chances de falhas.
- Diminuição dos custos de manutenção: incidentes com Arc Flash podem causar prejuízos significativos, tanto pela substituição de equipamentos quanto pela paralisação das operações.
Contudo, para a efetiva implementação de sensores de arco, algumas condições devem ser atendidas:
- Adequação ao projeto elétrico: os sensores devem ser compatíveis com o layout e as especificidades da instalação, sendo posicionados em áreas críticas onde o risco de Arc Flash é maior.
- Capacitação de profissionais: os operadores e equipes de manutenção devem ser treinados adequadamente para entender o funcionamento dos sensores e os protocolos de segurança.
- Manutenção e testes regulares: o desempenho dos sensores deve ser verificado periodicamente para garantir sua eficiência.
Conclusão
O sensor de arco elétrico é uma tecnologia vital para a segurança em ambientes elétricos de baixa, média e alta tensão. Esta tecnologia pode salvar vidas ao detectar e mitigar os riscos de Arc Flash.
A conscientização e a adoção de práticas preventivas são essenciais para reduzir os riscos operacionais. Garantir que esses dispositivos sejam corretamente instalados, mantidos e operados é um passo fundamental para um ambiente de trabalho seguro e eficiente.
Diego Fernando Nunes Cordeiro
Engenheiro Eletricista – A1 Engenharia.
- Eng. Industrial Elétrica;
- Pós-graduado em Proteção do Sistema Elétrico;
- MBA em Gerenciamento de Projetos.
Fabrício Vieira Ferrarin
Engenheiro Eletricista – A1 Engenharia.
- Engenheiro Eletricista;
- Pós-graduado em engenharia industrial;
- MBA em Gerência de Projetos;
- Pós-graduado em Sistemas Elétricos de Potência.
Leonardo Martins
Engenheiro Eletricista – A1 Engenharia.
- Engenheiro Eletricista;
- Pós-graduado em Sistemas Elétricos de Potência;
- MBA em Gerenciamento de Projetos.
