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Comparação entre o Diferencial Percentual e o Plano Alfa Aplicados à Proteção de Transformadores de Potência

a1engenharia — Mon, 28 Jul 2025 19:45:19 +0000

Abstract: The alpha plane consists of a geometric representation of the ratio of the currents entering and leaving a protection zone in a complex plane. The relay manufacturer Schweitzer Engineering Laboratories uses this plan in its line differential relays, but not for application in power transformers. Therefore, this paper presents a comparison between the alpha plane and the percentage differential applied to the protection of power transformers. The alpha plane was implemented in a SEL-451 protection relay through programming in the relay’s proprietary language. The use of the differential element through the alpha plane resulted in a significant reduction in the protection actuation time. With this reduction in the operating time, it is expected to significantly decrease the electrical and mechanical damage caused to the transformer during faults, considering the reduction in the time the equipment is exposed to faults.

Resumo: O plano alfa consiste em uma representação geométrica da relação entre correntes entrando e saindo de uma zona de proteção em um plano complexo. A fabricante de relés Schweitzer Engineering Laboratories utiliza este plano em seus relés diferenciais de linha, mas não para aplicação em transformadores de potência. Portanto, este artigo apresenta a comparação entre o plano alfa e o diferencial percentual aplicados à proteção de transformadores de potência. O plano alfa foi implementado em um relé de proteção SEL-451 através de programação em linguagem própria do relé. A utilização do elemento diferencial por meio do plano alfa resultou em uma redução significativa no tempo de atuação da proteção. Com essa redução no tempo de atuação espera-se diminuir consideravelmente os danos elétricos e esforços mecânicos causados ao transformador sob falta. Tendo em vista a redução no tempo em que o equipamento fica exposto às faltas.

Keywords: Alpha plane, percentage differential, protection, power transformers.

Palavras-chaves: Plano alfa, proteção, diferencial percentual, transformadores de potência.

1. INTRODUÇÃO

No Brasil, a demanda por energia elétrica está aumentando, o que requer garantia de fornecimento de alta qualidade (EPE,
2022). Devido ao tamanho do país, muitas usinas estão longe dos centros de consumo, o que torna necessário o uso de transformadores para elevar a tensão e reduzir perdas durante a transmissão. Os transformadores convertem a energia elétrica em diferentes níveis de tensão, permitindo a transmissão eficiente. Eles são compostos por bobinas enroladas em um núcleo ferromagnético e desempenham um papel vital nos sistemas elétricos.

Embora os transformadores de potência geralmente apresentem baixas falhas em comparação com outros equipamentos
do sistema elétrico, quando estas falhas ocorrem de maneira intempestiva, acontecem desligamentos de determinadas
linhas de transmissão, sobrecargas em outros transformadores, necessidade de substituição e/ou manutenção, paralisação de diversos setoresna área afetada, realização de manobras com o objetivo de contornar a contingência e a possibilidade de grande demorado retorno na operação do equipamento faltoso. Com isso, percebe-se que falhas em transformadores de potência são danosas, custosas e perigosas tanto para as concessionárias quanto para os consumidores. Portanto, é importante proteger adequadamente esses transformadores. Existem vários métodos de proteção, dependendo da potência do transformador. Para transformadores menores, podem ser utilizados fusíveis, enquanto para transformadores maiores, são comumente usadas proteções diferenciais de corrente, sobrecorrente instantânea e temporizada, entre outras. A escolha do método de proteção deve ser feita com base na análise cuidadosa do engenheiro de proteção, considerando a viabilidade técnica e econômica e a importância do transformador.

Para a proteção de transformadores, existe o Guia de Proteção de Transformadores do IEEE, C37.91 (IEEE STD. C37.91- 2021, 2021) que apresenta vários tipos de proteção possíveis, mas como o próprio nome diz, o C37.91 apresenta um guia de soluções e não possui a intenção de compará-las, portanto, cabe ao engenheiro de proteção realizar uma análise personalizada para cada aplicação, de acordo com a importância do transformador a ser protegido.

Este artigo realiza a comparação entre o diferencial percentual e o plano alfa. Para tanto, são simuladas faltas entre espiras e espira-terra, nas condições de plena carga e em vazio nos lados delta e estrela do transformador. O objetivo principal deste trabalho é comparar os dois métodos e verificar o comportamento para as faltas citadas anteriormente. O desempenho da proteção por meio do plano alfa foi superior ao diferencial percentual.

2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Para uma melhor apresentação do que se trata o presente artigo, este capítulo apresenta uma fundamentação teórica sobre transformadores, funcionamento da proteção diferencial percentual e funcionamento do plano alfa.

2.1 Transformador

O transformador é um equipamento com grande importância para o funcionamento do sistema elétrico que conhecemos atualmente. Como descrito anteriormente, a grande parte das usinas geradoras estão há uma elevada distância dos centros
consumidores. Portanto, torna-se necessário o uso de transformadores elevadores para possibilitar a transmissão e, consequentemente, ao se aproximar destes centros consumidores, o uso de transformadores abaixadores para níveis de
tensões onde a distribuição da energia elétrica seja realizada de maneira técnica e economicamente viável.

O transformador possibilita a transmissão de energia elétrica por meio do princípio da indução eletromagnética, que converte a energia elétrica de uma certa frequência e nível de tensão em energia elétrica de mesma frequência, alterando apenas o nível de tensão, sendo este valor de tensão proporcional ao número de espiras dos enrolamentos, magnitude do fluxo mútuo e da frequência (CHAPMAN, 2013; FITZGERALD et al, 2014).

Quando comparado com outros equipamentos do sistema elétrico, o transformador é um dos mais simples e pode ser constituído de duas ou mais bobinas de condutores enrolados em volta de um núcleo ferromagnético. Com a exceção dos autotransformadores, estas bobinas não possuem conexão física entre si, sendo o fluxo magnético mútuo dentro do núcleo a única conexão entre estas bobinas (CHAPMAN, 2013).

2.2 Proteção de transformadores

Os transformadores de potência estão suscetíveis a diversos tipos de falhas, tais como (PAITHANKAR, Y.G. & BHIDE, S.R., 2003; RUSH, P., 2011):

· Falta fase-terra e fase-fase nos seus terminais;

· Faltas espira-terra e entre espiras nos seus enrolamentos;

· Faltas provocadas pela ruptura do óleo isolante;

· Faltas no comutador de tapes sob carga;

· Faltas externas sustentadas ou não eliminadas.

O Guia de Proteção de Transformadores do IEEE, C37.91 (IEEE STD.
C37.91-2021, 2021), traz quatro categorias de transformadores de potência,
conforme mostrado abaixo:

· Categoria I: monofásicos de 5 a 500 kVA e trifásicos de 15 a 500 kVA;

· Categoria II: monofásicos de 501 a 1667 kVA e trifásicos de 501 a 5000 kVA;

· Categoria III: monofásicos de 1668 a 10000 kVA e trifásicos de 5001 a 30000 kVA;

· Categoria IV: monofásicos ≥ 10 MVA e trifásicos ≥ 30 MVA.

Ainda de acordo com o C37.91, existem diversos métodos para a realização da proteção de transformadores, considerando a sua potência nominal. Por exemplo, para transformadores de pequeno porte, trifásicos de até 5 MVA (categorias I e II), a proteção pode ser realizada por meio de fusíveis. Para transformadores trifásicos com potência superior a 5 MVA (categorias III e IV), a proteção mais utilizada é diferencial percentual de corrente (87T). Isso permite uma rápida detecção de faltas que, pode reduzir os danos causados pela corrente de falta e também proporciona a distinção entre faltas internas de outras condições de operação. As proteções de sobrecorrente instantâneo (50) e de sobrecorrente temporizado (51), geralmente, estas são utilizadas operando em conjunto com a proteção diferencial de corrente, como uma proteção de retaguarda (back-up). Ainda para os transformadores de grande porte, utiliza-se a proteção de falta à terra restrita (REF – Restricted Earth Fault

protection). Além disso, a utilização em conjunto das denominadas proteções intrínsecas como relé de pressão, relé de nível de óleo, relé detector de gás (relé de Buchholz), relé térmico de sobre temperatura do enrolamento (49), entre outras.

Conforme citado por Magrin (MAGRIN, 2017) em sua tese de doutorado, a proteção diferencial percentual é a mais utilizada para o relé diferencial de transformador. Visto que esta proteção possui alta velocidade e uma sensibilidade razoável para a detecção e retirada de faltas em transformadores.

2.3 Funcionamento da proteção
diferencial percentual

A proteção diferencial tem como princípio de funcionamento a comparação da corrente elétrica de entrada e saída, ou seja, a soma das correntes que entram na zona de proteção é igual à soma das correntes que saem desta zona, durante a condição normal de operação, isto é, a proteção diferencial atua com base na Lei de Kirchhoff das Correntes (LKC). A zona de proteção da função diferencial é delimitada pelos transformadores de corrente (TCs), estes com o objetivo de medir as correntes elétricas em seus enrolamentos primários, e enviar estas correntes com valores proporcionais à relação nominal do TC (RTC) ao relé de proteção (BLACKBURN, J.L., & DOMIN, T.J, 2014). O relé ao receber estes valores de correntes, de acordo com a sua lógica de programação toma a decisão de restrição ou de operação, ou seja, de enviar ou não o sinal para a abertura dos disjuntores dentro de sua zona de proteção.

O princípio de funcionamento da proteção diferencial é ilustrado na Figura 1, a qual está operando em condições normais e, que para simplificar a explicação, apenas dois circuitos são mostrados, podem existir vários circuitos, mas o princípio é o mesmo, sendo os TCs os limites da zona de proteção. A soma das correntes que entram é basicamente igual à soma das correntes que saem durante a operação normal. As correntes são representadas em por unidade (pu) visto que as correntes ao passar pelo transformador não possuem a mesma magnitude.

Fig. 1 Esquema de funcionamento da proteção diferencial.

Fonte: Retirado de Magrin (2017).

Sendo I1p e I2p as correntes primárias que entram e saem da zona de proteção. Iop a diferença das correntes que entram e saem do transformador, a qual na condição normal é dada pela corrente de excitação do transformador.

Durante operação normal ou durante faltas externas a diferença entre as correntes que entram e saem da zona de proteção é dada pela corrente de excitação do transformador. Esta corrente é chamada de corrente de operação e pode ser expressa pela soma fasorial conforme a equação (1):

Onde Î1 é a corrente no TC do primário e, Î2 a corrente no TC do secundário.

Com o funcionamento do sistema sob carga ou durante uma falta externa, a corrente de operação deve ser desprezível, sendo que apenas uma pequena parcela se deve às perdas internas e as correntes de magnetização ocasionam um desequilíbrio. Em geral, estas correntes são menores que 3% da corrente nominal do transformador. Os relés diferenciais são bastante sensíveis a faltas internas quando as correntes nos enrolamentos de restrição estão em direções opostas ou uma das correntes de restrição é zero (BLACKBURN, J.L., & DOMIN, T.J, 2014; MAGRIN, 2017; SEL, 2019).

Com a ocorrência de faltas internas, a Figura 2 mostra que a corrente de operação do relé diferencial é essencialmente a soma das correntes de entrada que alimentam a falta, I1p e I2p. Esta é a corrente total da falta no secundário e, por possuírem o mesmo ângulo, essas correntes vão circular pela bobina de operação do relé.

Fig. 2 Esquema de funcionamento da proteção diferencial.

Fonte: Retirado de Magrin (2017).

Por causa das características dos transformadores que ocasionam falsas correntes diferenciais, por exemplo, erros de relação e variação de tap, portanto, para fornecer uma alta sensibilidade a leves faltas internas com alta segurança, ou seja, alta restrição para faltas externas, a maioria dos relés diferenciais são do tipo diferencial percentual.

Funcionamento do plano alfa

O plano alfa foi apresentado por Warrington em 1968 (WARRINGTON, 1968), o qual apresenta os planos complexos alfa e beta com o objetivo de realizar a avaliação da proteção diferencial longitudinal dos relés piloto.

Warrington (1968), buscou, através do plano alfa, representar de melhor forma a relação entre as correntes fasoriais do elemento diferencial. Esta representação é dada através de um plano complexo, com base na seguinte equação.

onde alfa α é a razão entre a corrente no terminal remoto ÎA e a corrente no terminal local ÎB.

Em Blackburn e Domin (BLACKBURN, J.L., & DOMIN, T.J, 2014), o plano alfa é primeiramente apresentado como conceito diferencial de relação de correntes, no qual os relés empregados na proteção diferencial de linhas de transmissão, calculam continuamente a razão entre as correntes fasoriais do terminal remoto e do terminal local. E que esta razão, ao ser plotada em um plano complexo, facilita a compreensão da característica e desempenho do elemento diferencial empregado. Considerando uma linha de transmissão que esteja em condições normais de operação, conforme Figura 3.

Fig. 3 Exemplo de uma LT operando em condições normais.

Fonte: Adaptado de Blackburn & Domin (2014).

Aplicando a equação 2, para obter α conforme apresentado por

Warrington (1968), tem-se a seguinte resposta:

Ao realizar esta operação obtém-se o ponto onde o plano alfa representa total condição normal de operação, e este ponto permanece constante independentemente da magnitude da corrente que está passando pela linha. Como a linha está dentro da zona de proteção, em ocorrência de faltas externas e não havendo erros nos TCs, estas faltas também seriam plotadas no ponto -1. Caso exista erros nos TCs, seja por defasamento, saturação, ou outras causas de erros, o ponto de plotagem mudaria o ângulo e magnitude, entretanto, o gráfico permaneceria no lado esquerdo do plano alfa.

Para faltas internas à zona de proteção, a corrente flui das barras com direção ao ponto da falta, com isso, ao verificar com a equação 2 o ponto de plotagem será 1, ou seja, a falta estará no lado direito do plano alfa.

Na prática, devido as características do sistema, as correntes que fluem para o ponto de falta não são iguais, mas o ponto de plotagem ainda estará no lado direito do plano.

A área de restrição é definida pelo raio e o ângulo de extensão do círculo no plano. Estes são configuráveis no relé de proteção. Com o raio e ângulo devidamente ajustados, o plano alfa fica conforme a Figura 4.

Fig. 4 Característica do plano alfa.

Fonte: Adaptado de SEL (2014a).

Para faltas internas com contribuição de apenas um lado da zona de proteção, a razão entre as correntes será igual a zero. Para que neste caso haja a devida operação o raio interno do círculo no relé SEL-311L é igual ao inverso do raio externo (SEL, 2021a).

METODOLOGIA

O sistema de potência utilizado para elaboração deste artigo foi retirado da tese de doutorado do Professor Dr. Fabiano Magrin (MAGRIN, 2017). O qual consiste em um sistema simples com apenas uma fonte, o banco de transformadores e a carga. Este sistema foi utilizado para analisar a atuação ou não do relé diferencial de acordo com o comportamento das correntes e tensões do transformador durante a ocorrência de faltas internas e externas.

A Tabela 1 apresenta os dados para operação desde em vazio até a condição de plena carga, valores das impedâncias da fonte e tensões para manter o sistema operando com tensão de 1 pu na barra S na condição de pré-falta. A Figura 5 mostra o sistema de potência que foi desenvolvido pelo Professor Fabiano Magrin para sua tese. E para a elaboração deste artigo esse sistema foi utilizado para a análise do comportamento das grandezas elétricas do transformador sob falta. O sistema de potência estudado neste artigo foi desenvolvido em uma versão institucional do programa PS Simul, cedida de forma gratuita pela CONPROVE Engenharia à UTFPR.

Tabela 1 – Dados do sistema de potência.

Fonte: Adaptado de Magrin (2017). Fig.5 Sistema de potência de teste.

Fonte: Adaptado de Magrin (2017).

No sistema foram utilizados três transformadores monofásicos com 33,33 MVA de potência, cada, totalizando 100 MVA, 10% de reatância de dispersão e 0,1% de resistência, sendo que os valores percentuais estão na base do transformador. Para facilitar a comparação de tensões e correntes de ambos os lados, a relação de transformação escolhida foi de 1:1.

Com o objetivo de avaliar a detecção de faltas nos pontos críticos dos enrolamentos, onde de acordo com Magrin (2017),

os locais dos enrolamentos com menor sensibilidade para detecção de faltas através do diferencial são os seguintes:

1% a 10% no lado estrela para faltas entre espiras e espira-terra;
1% a 10% no lado delta para faltas entre espiras;
45% a 55% no lado delta para faltas espira-

Para realização deste artigo, foram simulados alguns tipos de faltas no sistema de potência, sendo eles:

Falta franca entre espiras e espira-terra no enrolamento delta nas condições de plena carga e em vazio;
Falta franca entre espiras e espira-terra no enrolamento estrela nas condições de plena carga e em vazio.

COMPARAÇÃO ENTRE O PLANO ALFA E O DIFERENCIAL PERCENTUAL

Este capítulo apresenta a comparação entre o comportamento de ambos os planos e seus tempos de atuação, diferencial percentual nativo do relé SEL-387 e do plano alfa implementado por meio de lógicas internas no relé SEL-451.

A Figura 6 mostra o comportamento de uma falta entre espiras no plano diferencial percentual, onde as correntes das fases A e B saem da região de restrição e vão para a região de operação, fazendo com que o relé dispare o sinal de trip. Já a Figura 7, mostra o comportamento das correntes para uma falta entre espiras no plano alfa. Verifica-se que para ambos os elementos diferenciais sob estudo houve atuação. Nota-se que, devido ao tipo de ligação do transformador, uma falta monofásica envolvendo a fase A ocasiona a sensibilização dos elementos das fases A e B sem a atuação do elemento da fase C. Isso ocorre pois, no caso do transformador conectado em delta- estrela, uma falta monofásica do lado estrela é vista pelo lado delta como uma falta bifásica.

Fig. 6 Comportamento das correntes no plano percentual.

Fonte: Os autores (2023).

Fig. 7 Comportamento das correntes no plano alfa.

Fonte: Os autores (2023).

Faltas entre espiras

Para faltas entre espiras, ambos planos diferenciais atuaram para todas as simulações, ou seja, não houve diferença com a sensibilidade, mas com a utilização do plano alfa houve uma redução significativa no tempo de atuação. As Figuras 8, 9, 10 e 11 mostram a diferença nos tempos de atuação dos relés SEL-451 e SEL-387 para as mesmas simulações de faltas entre espiras.

Fig.8 Falta entre espiras no enrolamento delta em plena carga.

Fonte: Os autores (2023).

Fig.9 Falta entre espiras no enrolamento delta em vazio.

Fonte: Os autores (2023).

Fig. 10 Falta entre espiras no enrolamento estrela em plena carga.

Fonte: Os autores (2023).

Fig. 11 Falta entre espiras no enrolamento estrela em vazio.

Fonte: Os autores (2023).

Faltas espira-terra

Para as simulações de faltas espira-terra, ambos planos diferenciais atuaram, isto é, não houve diferença com a sensibilidade dos relés, mas houve uma redução significativa tempo de atuação ao utilizar o plano alfa. As Figuras 12, 13, 14 e 15 mostram a diferença nos tempos de atuação dos relés SEL-451 e SEL-387 para as mesmas simulações de faltas espira-terra.

Fig. 12 Falta espira-terra no enrolamento delta em plena carga.

Fonte: Os autores (2023).

Fig. 13 Falta espira-terra no enrolamento delta em vazio.

Fonte: Os autores (2023).

Fig. 14 Falta espira-terra no enrolamento estrela em plena carga.

Fonte: Os autores (2023).

Fig.15 Falta espira-terra no enrolamento estrela em vazio.

Fonte: Os autores (2023).

Faltas externas

Para as faltas externas, tanto o diferencial percentual do SEL-

387 quanto o plano alfa implementado no SEL-451 não atuaram, operando conforme o esperado para a função diferencial.

CONCLUSÕES

Este artigo realizou a comparação entre o plano alfa e o diferencial percentual aplicados à proteção de transformadores de potência. A utilização da proteção diferencial através do plano alfa apresentou uma redução significativa no tempo de detecção e disparo do sinal de abertura pelo relé de proteção. Com essa redução no tempo de atuação espera-se diminuir consideravelmente os danos elétricos e esforços mecânicos causados ao transformador sob falta.

Pela importância do transformador no sistema elétrico e ao seu elevado custo, com a realização deste artigo foi possível verificar que ainda há algumas possibilidades a serem exploradas na proteção deste equipamento.

Algumas pesquisas podem ser realizadas a partir deste artigo.

Teste com outros modelos de faltas internas;
Teste com modelo de transformador na condição de

inrush;

Teste com modelo de transformador na condição de sobre-excitação;
Teste na condição de energização de transformadores em paralelo;
Teste com o plano alfa nativo de um equipamento SEL;
Teste com oscilografias de casos reais;
Teste com o plano alfa em

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem o apoio recebido da empresa A1 Engenharia.

REFERÊNCIAS

BLACKBURN, J.L., & DOMIN, T.J. Protective Relaying: Principles and Applications, Fourth Edition (4th ed.). CRC Press, 2014.

CHAPMAN, Stephen J. Fundamentos de Máquinas Elétricas.

Porto Alegre: Grupo A, 2013.

EPE. EPE-DEA-SEE-002/2022- NT-ONS DPL 0009/2022 –

CCEE 00285/2022 – NT Previsão de carga para o Planejamento Anual da Operação Energética 2022-2026. Disponível em: https://www.epe.gov.br/pt/publicacoes- dados-abertos/publicacoes/revisoes-quadrimestrais-da- carga. Acesso em: 24 maio 2022.

J. A. Ferrer and E. O. I. Schweitzer, Modern Solutions for Protection, Control, and Monitoring of Electrical Power Systems. Pullman, WA: Schweitzer Engineering Laboratories, Inc., 2010.

IEEE STD. C37.91 – 2021. IEEE Guide for Protecting Power Transformers. [s.l.] IEEE, 2021.

MAGRIN, Fabiano G. S. Novas Funções para a Proteção de Transformadores. Orientador: Profa. Dra. Maria Cristina Dias Tavares. 2017. 200 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) – Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 2017.

PAITHANKAR, Y.G. & BHIDE, S.R. Fundamentals of Power System Protection. New Delhi. Prentice-Hall of India, 2003.

RUSH, P. Proteção e automação de redes: conceito e aplicação. Peter Rush; coordenação da tradução José Antonio Jardini – São Paulo: Editora Blucher: Schneider, 2011.

SEL. Manual de Instrução SEL-311L: Line Current Differential Protection and Automation System. SEL, 2021. Disponível em: http://www.selinc.com. Acesso em: 23 mar. 2022.

SEL. Manual de Instrução SEL-387: Current Differential Overcurrent Relay. SEL, 2021. Disponível em: http://www.selinc.com. Acesso em: 23 mar. 2022.

SEL. Manual de Instrução SEL-451: Protection, Automation and Bay Control System. SEL, 2021. Disponível em: http://www.selinc.com. Acesso em: 23 mar. 2022.

SEL. Modern Line Current Differential Protection Solutions. SEL, 2014. Disponível em: http://www.selinc.com. Acesso em: 15 nov. 2022.

SEL. Proteção dos Transformadores Elevadores. SEL, 2019. Disponível em: http://www.selinc.com. Acesso em: 09 out. 2022.

SEL. The Trajectories of Line Current Differential Faults in the Alpha Plane. SEL, 2014. Disponível em: http://www.selinc.com. Acesso em: 15 nov. 2022.

SEN, P.C. Principles of electric machines and power electronics, Third Edition (3rd ed.). WILEY, 2013. p. 40- 92.

WARRINGTON, A.R VAN C. Protective relays: their theory and practice. Vol. 1. Chapman & Hall, 1968.

Arc Flash – Sensor de Arco na Segurança do Operador: Importância e Necessidades

a1engenharia — Tue, 08 Apr 2025 16:37:09 +0000

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:

1. Calcular a energia incidente gerada por um arco elétrico, expressa em cal/cm².

1. 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:

1. 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.

1. Capacitação de profissionais: os operadores e equipes de manutenção devem ser treinados adequadamente para entender o funcionamento dos sensores e os protocolos de segurança.

1. 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.

Classificação de Áreas – O alto custo do conhecimento

a1engenharia — Tue, 08 Apr 2025 16:33:46 +0000

Considerando a seriedade deste assunto, relacionado à segurança pessoal, operacional e patrimonial, e o fato de que as normas sobre o tema vêm sendo discutidas há mais de cem anos, ainda observamos um elevado desconhecimento nesta área — tanto nas premissas definidas pelas empresas a serem seguidas na elaboração de projetos quanto nas observações de aplicação em campo e no alto número de não conformidades encontradas nas instalações.

No texto de Roberval Bulgarelli — Centésima norma técnica brasileira “Ex” publicada pela ABNT —, com alguns trechos resumidos a seguir, é possível observar, de forma geral, a evolução das normas brasileiras na área Ex:

“As Normas Técnicas brasileiras adotadas das Séries ABNT NBR IEC 60079 (atmosferas explosivas) e ABNT NBR ISO 80079 (equipamentos mecânicos “Ex”), idênticas às respectivas normas técnicas internacionais, vêm sendo publicadas ou atualizadas desde 2005, quando foi publicada pela ABNT a primeira norma técnica brasileira adotada da Série ABNT NBR IEC 60079.
As Normas Brasileiras sobre equipamentos e instalações em atmosferas explosivas relacionadas ao segmento “Ex” vêm sendo publicadas no Brasil desde o final dos anos 1960. O início da elaboração de normas técnicas brasileiras da ABNT sobre atmosferas explosivas ocorreu em 1968, com a publicação do projeto de norma “experimental” P-EB-239 – Equipamentos com invólucros à prova de explosão. Em 1969, foi publicado pela ABNT o projeto de norma “experimental” P NB-158 – Instalações Elétricas em Ambientes com Líquidos, Gases ou Vapores Inflamáveis.
As normas adotadas no Brasil das Séries ABNT NBR IEC 60079 e ABNT NBR ISO/IEC 80079 (Equipamentos Mecânicos “Ex”) são idênticas em conteúdo técnico, estrutura e redação, sem desvios técnicos nacionais em relação às respectivas normas internacionais da IEC, elaboradas pelo TC-31 da IEC, de acordo com a ABNT Diretiva 3 – Adoção de documentos técnicos internacionais. O Brasil é um membro participante do TC 31 da IEC, com direitos e deveres de apresentar comentários para melhorias das normas e participar do processo de revisão, atualização, votação e aprovação.”

As publicações e normatizações sobre o assunto vêm crescendo, elevando o nível de conhecimento dos profissionais que atuam nessas áreas. Contudo, ainda temos um grande trabalho de conscientização quanto à importância do tema.

Antigamente, essas discussões eram mais restritas a representantes das áreas de Petróleo & Gás, Química, Petroquímica, Armazenamento de Grãos e Sucroalcooleira. No entanto, elas vêm se expandindo para outros segmentos onde também encontramos áreas classificadas, como Papel & Celulose, Portuário e Automobilístico.

Em função desse desconhecimento, muitas empresas optam por instalações mais robustas, com aplicação de tipos de proteção muito superiores aos exigidos pelas normas, tendo a falsa impressão de estarem mais seguras — o que resulta em alto custo de implantação. Vários tipos de proteção requerem critérios especiais para instalação e manutenção que, se não forem atendidos, podem invalidar a proteção do equipamento.

Como menciona Michel Llory em seu livro Acidentes Industriais – O Custo do Silêncio (Multimais Editorial – Funenseg, 1999):

“Segundo um documento da Secretaria Internacional do Trabalho e do Programa sobre o Meio Ambiente das Nações Unidas, 97% dos acidentes poderiam ser previstos.”
No caso do acidente com a nave espacial Challenger, que explodiu em 1986 após 73 segundos de seu lançamento, conforme consta do relatório “Rogers”, o engenheiro da empresa terceirizada que forneceu o reservatório de oxigênio e hidrogênio — combustíveis da nave — havia alertado sobre o risco de lançamento com a temperatura ambiente muito baixa no Centro Espacial Kennedy, recomendando abortar a missão. Esse engenheiro declarou, doze horas antes da partida:
“Se alguma coisa acontecesse, ele não gostaria de ter que explicá-la diante da comissão de inquérito” (Rogers, 1986).

Para garantirmos a segurança das Instalações em Atmosferas Explosivas, elencamos algumas das principais condições que devem ser seguidas:

Atendimento à legislação para projeto, montagem e manutenção;
Instalação de equipamentos Ex com certificado de conformidade;
Envolvimento apenas de profissionais qualificados para montagem, operação, manutenção e inspeção.

A A1 Engenharia conta com profissionais com mais de 30 anos de experiência neste assunto, atuando nos mais diversos segmentos no Brasil e no exterior, e oferece:

Consultoria em Instalações Elétricas em Área Ex;
Treinamento específico conforme NR-10 e NR-20;
Planos de Classificação de Áreas;
Especificação de Equipamentos Ex;
Avaliação de Conformidade;
Inspeção de Equipamentos em Área Classificada;
Suporte ao Processo de Certificação.

_______________________

Nilson Cunha Júnior
Gerente de Elétrica, Instrumentação e Automação – A1 Engenharia

Mestrando em Sistema de Potência
Técnico Eletrotécnico
Engenheiro Industrial Elétrico
Pós-graduado em Gerência de Manutenção/Gestão de Projetos

Escola A1: Formando talentos, impulsionando a indústria e transformando realidades

a1engenharia — Tue, 08 Apr 2025 15:18:48 +0000

Em um cenário onde a tecnologia avança rapidamente e as exigências do mercado se tornam cada vez mais complexas, o Brasil enfrenta um desafio urgente: a falta de profissionais qualificados para os setores industrial e de serviços. De acordo com a Confederação Nacional da Indústria (CNI), quase 70% das empresas relatam dificuldades em encontrar mão de obra preparada, especialmente em áreas técnicas como mecânica, caldeiraria, soldagem, desenho técnico e em serviços como, por exemplo, engenharia.

Esse déficit, que compromete a produtividade e a competitividade do país, foi um dos principais motivadores para a criação da Escola A1 — uma iniciativa nascida do desejo genuíno de devolver à sociedade o que ela nos proporciona todos os dias: oportunidade, crescimento e transformação.

Um elo entre a indústria e a comunidade

A Escola A1 surgiu há mais de dez anos com um propósito muito claro: preparar pessoas para os desafios reais do mercado de trabalho, contribuindo para a geração de empregos e para o desenvolvimento sustentável da nossa cadeia produtiva. Mais do que uma iniciativa interna, trata-se de um projeto aberto à comunidade, que beneficia jovens em formação, adultos em transição de carreira, colaboradores da empresa e também profissionais de outras organizações.

A formação é gratuita, com oferta de material didático, alimentação e infraestrutura completa, pensada para proporcionar uma experiência de ensino eficiente e acolhedora. As aulas acontecem em espaço próprio, com turmas nos períodos da manhã, tarde e noite, permitindo que os alunos conciliem os estudos com outras atividades — seja o trabalho, a escola ou os cuidados com a família.

Democratização do acesso à qualificação técnica

Enquanto cursos técnicos particulares chegam a custar entre R$ 300 e R$

2.000 por mês, a Escola A1 oferece formação de qualidade sem nenhum custo para o aluno. A proposta é clara: romper barreiras financeiras e sociais, abrindo portas para quem deseja aprender, crescer e conquistar um novo lugar no mercado de trabalho.

Com turmas reduzidas e acompanhamento próximo, os alunos recebem formação teórica e prática em áreas com alta demanda, como soldagem, caldeiraria, mecânica básica e desenho técnico para engenharia. Todos os conteúdos são ministrados por profissionais com sólida experiência no setor, o que garante uma preparação alinhada às reais exigências da indústria.

Resultados que falam por si

A cada ano, mais de 30 pessoas são formadas pela Escola A1. Mas, o impacto vai muito além dos números. Casos como o de Marcelo Amarildo dos Santos e Alex Fuchs, que iniciaram suas jornadas no chão de fábrica e hoje atuam junto ao setor de engenharia na A1, simbolizam o verdadeiro poder transformador da educação técnica.

“A Escola A1 abriu portas que eu nem sabia que existiam. Foi nela que comecei a sonhar mais alto e a conquistar meu espaço na engenharia.” — Marcelo A. dos Santos

“A formação técnica me deu confiança. Aprendi, cresci e hoje contribuo com projetos que antes eu só via de longe.” — Alex Fuchs

Essas trajetórias inspiram e reforçam o compromisso da A1 com o desenvolvimento humano e profissional de cada participante do projeto.

Estrutura e propósito alinhados ao futuro

A infraestrutura da Escola A1 foi cuidadosamente planejada para proporcionar uma jornada de aprendizado completa. O ambiente conta com salas modernas e oficinas práticas, além de oferecer alimentação diária no local — tudo isso para que o aluno possa se concentrar totalmente em sua formação.

Além de preparar profissionais para o mercado, a escola ajuda a preencher uma lacuna cada vez mais preocupante no setor industrial brasileiro. Segundo o SENAI, até 2025 o país terá um déficit de 9,6 milhões de trabalhadores qualificados. Atuar na formação de mão de obra deixou de ser uma opção para se tornar uma missão estratégica para quem deseja ver a indústria crescer de forma sustentável.

Mais que uma escola, um agente de transformação

Para Jheyme Tofaneli, gerente de Recursos Humanos do Grupo e responsável pela organização de todo o projeto, “a Escola A1 é um reflexo do que acreditamos: o conhecimento é o caminho mais sólido para transformar vidas e impulsionar a economia. Por isso, nosso projeto vai além da capacitação — ele promove inclusão, dignidade, autoestima e protagonismo”, acrescenta a profissional.

Se você é empresário, gestor, educador ou profissional da indústria, convidamos você a conhecer esse trabalho que tem mudado realidades e impactado positivamente toda uma rede de pessoas e negócios.Acesse www.a1.com.br, siga o @a1.grupo no Instagram e acompanhe o Grupo A1 no LinkedIn. Vamos juntos construir uma indústria mais forte, humana e preparada para o futuro.