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O arc flash é um acidente eléctrico, mais vulgar nas instalações de baixa e média tensão, mas que em Portugal, e na Europa em geral, não é habitual e é geralmente um fenómeno pouco conhecido, principalmente quando se utilizam quadros eléctricos (BT e MT) com construção arc proof e as manobras realizadas em tensão ou na vizinhança de peças em tensão são executadas de acordo com estritos procedimentos de segurança, designadamente no que se refere à substituição de fusíveis em tensão. Consulte o artigo técnico do Engº Manuel Bolotinha
1. INTRODUÇÃO
Em países com condições ambientais severas, como por exemplo o Médio Oriente, ou que usam equipamentos tecnologicamente ultrapassados, de que o continente americano constitui um exemplo, este fenómeno acontece com alguma frequência e estão estabelecidas normas, particularmente nos Estados Unidos da América, que se destinam a minimizar a formação de arc flashes e os seus efeitos, em pessoas e bens.
2. DEFINIÇÃO DE ARC FLASH
O arc flash, também conhecido por arc blast, é um arco eléctrico resultante de uma baixa impedância de ligação fase-fase ou fase-terra, o que provoca um fenómeno similar a uma explosão eléctrica, como se representa na Figura 1.
Figura 1 – Exemplo de um arc flash
O arc flash dá normalmente origem a um incêndio, o que se ilustra na Figura 2.
Figura 2 – Incêndio devido a um arc flash
3. ORIGENS E CARATERÍSTICAS DO ARC FLASH
A realização de manobras pode dar origem à diminuição da distância de isolamento de segurança (entre fases e/ou entre fase(s) e a terra), o que conduz a uma ionização do ar e, consequentemente, à formação de um arco eléctrico.
As principais situações que estão na origem do arc flash são falsas manobras (como por exemplo a manobra de seccionadores em carga), defeitos nas instalações eléctricas ou outros factos, tais como:
- Equipamentos antigos em fim de vida, não mantidos, sem condições de segurança.
- Condições ambientais adversas (presença excessiva de humidade, por exemplo).
- Defeitos no isolamento de cabos e condutores.
- Ligações perdidas ou mal apertadas.
- Manutenção deficiente, particularmente de disjuntores, interruptores e seccionadores.
- Presença de água ou outros líquidos junto do equipamento.
- Electricidade estática.
- Utilização de ferramentas desadequadas ou em más condições.
- Procedimentos de trabalho incorrectos.
- Pessoal não qualificado nem treinado.
A formação do arc flash liberta uma grande quantidade de energia, habitualmente designada por energia incidente (medida em J1[1]/cm2 ou cal2[2]/cm2), atingindo temperaturas de 20.000 °C, o que pode causar danos em equipamentos, lesões no pessoal e incêndio. A severidade deste fenómeno depende de:
- Tensão da rede.
- Valor da corrente de curto-circuito.
- Distância entre os pontos entre os quais se formou o arco.
- Tempo de atuação do sistema de proteções.
4. DANOS E LESÕES PROVOCADOS PELO ARC FLASH
O arc flash pode provocar danos em equipamentos e pessoas, uma vez que a temperatura e a energia libertada podem vaporizar os metais condutores e os invólucros e outras peças metálicas dos equipamentos eléctricos, designadamente os quadros. A Figura 3 mostra um exemplo do estado de um quadro eléctrico após um arc flash.
Figura 3 – Quadro eléctrico após um arc flash
Ocorrendo uma explosão o intenso calor radiante pode também vaporizar objectos e pessoas que se encontrem na vizinhança. O ar soprado pela explosão pode espalhar material fundido com uma força intensa e a distâncias consideráveis, que podem atingir quem se encontrar perto.
De igual modo componentes dos quadros eléctricos tais como barramentos e portas e mesmo pequenas peças, como parafusos e porcas, ou mesmo ferramentas são igualmente projectadas e podem atingir as pessoas, cujos fatos de trabalho, se não forem apropriados, podem incendiar-se e dar origem a queimaduras, como se mostra na Figura 4, que constituem o maior dano que o arc flash pode provocar nos trabalhadores.
Figura 4 – Queimadura provocada pelo arc flash
O ar soprado pela explosão pode atingir o pessoal (ver Figura 5), o que poderá ter como consequências quedas, fracturas e outros acidentes.
Figura 5 – Trabalhador atingido pelo ar soprado na sequência de um arc flash
Outras lesões provocadas pelo arc flash são:
- Lesões oculares devido à radiação ultra-violeta e compressão dos olhos pela pressão do ar ou por material expelido.
- Lesões ópticas devido à elevada pressão e ao alto nível de ruído.
- Intoxicação pelos fumos resultantes da combustão e fusão dos materiais.
- Traumas físicos causados pelos materiais expelidos.
5. PROTEÇÃO CONTRA OS EFEITOS DO ARC FLASH
A protecção contra os efeitos do arc flash assenta na definição de programas e procedimentos de segurança, análise do risco eléctrico (conforme requerido pela entidades e normas americanas, habitualmente utilizadas na análise deste tipo de acidente eléctrico), como sejam a OSHA[3] e a Norma NFPA[4] 70E – Standard for Electrical Safety in the Workplace e cálculo do risco do arc flash, para determinar a energia incidente do arco eléctrico, de acordo com a Norma IEEE[5] 1584.
Este estudo permite definir os procedimentos de trabalho, as características do equipamento de protecção individual, isto é, o valor da energia incidente que esse equipamento suporta (definido em cal/cm2) e as distâncias de segurança, que estabelecem os limites de aproximação (conhecidos pela palavra inglesa boundary) a uma peça em tensão e as condições a respeitar para essa aproximação. A Figura 6 ilustra este aspecto.
Figura 6 – Distâncias de segurança do arc flash
A distância de segurança limitada representa a distância mínima ao equipamento em tensão, acessível, a que qualquer pessoa não qualificada se pode encontrar, desde esteja acompanhada por uma pessoa qualificada e que use equipamento de protecção individual adequado.
A distância de segurança restrita representa a distância mínima ao equipamento em tensão, acessível, à qual só se podem encontrar pessoas qualificadas, desde que usem equipamento de protecção individual adequado.
É habitual, de acordo com as normas anteriormente referidas estabelecer uma distância de aproximadamente 30 cm para a arc flash protection boundary, em instalações com tensão até 600 V, um tempo de actuação dos equipamentos de protecção não superior a 0,1 s, considerando uma corrente de defeito de 50 kA. Para tensões superiores a 600 V aquele limite define-se como a distância a partir da fonte possível do arco eléctrico, cuja energia incidente é 1,2 cal/cm2 ou 1,5 cal/cm2, para um tempo actuação dos dispositivos de protecção de 0,1 s ou menor, respectivamente.
A limitação dos efeitos do arc flash pode ser estudada em fase de projecto, considerando a instalação de impedâncias de limitação da corrente de curto-circuito e resistências ou impedâncias de ligação do neutro da instalação à terra.
6. EQUIPAMENTOS PROTECÇÃO INDIVIDUAL (EPI) PARA O ARC FLASH
Quando exista o risco de um arc flash os trabalhadores devem ser equipados com EPI adequado, cujas características, isto é, o valor da energia incidente que esse equipamento suporta (definido em cal/cm2), são estabelecidas pelo cálculo da energia incidente ou pela consulta de uma tabela de classificação de riscos, como por exemplo a constante da Norma NFPA 70E.
A classificação deste EPI de acordo com a Norma NFPA 70E é a que consta da Tabela 1.
Tabela 1 – Classificação dos EPI para o arc flash de acordo com a Norma NFPA 70E
Basicamente este EPI (ver Figura 7) é constituído por:
- Fato de trabalho resistente à chama – materiais naturais como, algodão, seda e lã são consideradas aceitáveis
- Visor de proteção (classes 2 a 4)
- Capacete
- Óculos de segurança
- Luvas.
Figura 19 – Fato de trabalho resistente à chama
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[1] J: joule. Unidade de energia do Sistema Internacional de Unidades (SI).
[2] cal: caloria. 1 cal = 4,1868 J.
[3] OSHA: Occupational Health and Safety Administation.
[4] NFPA: National Fire Protection Association.
[5] IEEE: Institute of Electric and Electronic Engineers.
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AUTOR: Manuel Bolotinha - Engenheiro Electrotécnico – Energia e Sistemas de Potência (IST – 1974)
Mestre em Engenharia Elécttotécnica e de Computadores (FCT-UNL – 2017)
Consultor em Subestações e Formador Profissional
O Autor não segue o Novo Acordo da Língua Portuguesa