Proteção Diferencial

Proteção Diferencial

(Parte 1 de 4)

Programa de Formação Técnica Continuada

Proteção Diferencial

Índice

1.1 Introdução1
1.2As estatísticas técnicas e médicas1
1.3 Terminologia2
suportabilidade2
1.5 Tensões de segurança3
1.6Contatos diretos e indiretos3
diretos3
1.8Medidas de proteção completa3
1.9Medidas particulares de proteção4
contatos diretos4
automático da fonte5
instalação T6
2.3Tempo de desconexão especificado6
instalação TN7
desconexão7
2.6Proteção por meio de um disjuntor8
2.7Proteção por intermédio de fusíveis8
instalação IT8
diferentemente nos seguintes casos9
2.10 Disjuntores10
2.1 Fusíveis10
2.12 RCCB10
circuito10

2.1Medida de proteção pelo desligamento 2.2Desconexão automática para uma 2.4Desconexão automática para uma 2.5Especificação dos tempos máximos de 2.8Desconexão automática para uma 2.9A interrupção da falta é obtida 2.13Medidas de proteção contra contatos diretos e indiretos sem desligamento do

3.1 Aplicação dos RCBO's1 1
terra1 1
3.3 Influência de sobretensões12
3.4 Compatibilidade eletromagnética12
3.5 Implementação12
3.6Componentes em corrente contínua13

3.2Correntes permanentes de fuga para 3.7Recomendações relativas à instalação de

toroidais separados13

RCBO's com transformadores de corrente 3.8Requisitos de suportabilidade eletrodinâmica.......................................15

Aplicações agrícolas 89 31 Aplicações domésticas:

Máquinas de lavar roupa e pratos5419 Receptores de rádio e de televisão4716 Ferros de passar roupa4516 Cozinha, aquecimento186 Refrigeradores124 Outras origens145

Diversos sem relação com os precedentes83

(*) D 95 TECHNIQUES DE LÍNGENIEUR 3-1975, Jean Bessou

A partir desses levantamentos, realizados também em diversos outros países é que foram sendo estabelecidas as regras de proteção pelas normas nacionais européias e americanas e posteriormente adotadas pelas normas internacionais da IEC. Continuam a ser feitos estudos e ensaios sobre os efeitos não só das correntes elétricas mas também dos campos elétricos e magnéticos tanto de alta como de baixa freqüência.

1.2As estatísticas técnicas e médicas

Na área industrial a maior quantidade de acidentes se deu (v. tabela I) nas áreas externas e devido a contatos entre equipamentos ou materiais e linhas aéreas.

Nas áreas agrícola e residencial, cerca de 30% foram nos aparelhos móveis agrícolas. Cerca de 30% dos acidentes se deram na alimentação: cabos, conectores, tomadas, prolongadores.

Quanto à idade dos acidentados, a faixa de maior concentração foi de 18 a 30 anos e os com formação profissional foram os mais atingidos. Isso pode ser devido à imprudência e excesso de confiança ou à sua má formação profissional.

As queimaduras elétricas representam cerca de 90% dos acidentes elétricos não mortais e se dividem assim:

75%: arco em baixa tensão 13%: eletrotérmicas por efeito Joule 12%: queimaduras diversas.

1.1 Introdução

Pode-se definir o choque elétrico como o conjunto dos efeitos patológicos e fisiológicos causados pela passagem de uma corrente elétrica pelo corpo humano. Em breve histórico sobre os efeitos das correntes elétricas sobre as pessoas, pode-se dizer que:

Os primeiros estudos sobre a ação fisiológica da corrente elétrica foram feitos na França pelos cirurgiões imperiais Larvey, Bichat e seus colaboradores enquanto que o Dr. Uré realizou as primeiras experiências de reanimação de pessoas eletrizadas. Isso foi possível por ter sido construído por ordem de Napoleão I, na Escola Politécnica, um gerador de pilhas capaz de fornecer 7 a 8 A sob 500V.

Na Áustria o prof. Zellinek da Universidade de Viena no fim do século XIX retoma os estudos sobre os efeitos das correntes elétricas sobre os corpos humanos; seus seguidores fundaram posteriormente o Instituto de Eletropatologia de Viena ( fundada no centenário do nascimento dele, em 1971).

Quase todos os dados utilizados hoje são baseados nas experiências do prof. Dalziel da Universidade de Berkley na Califórnia que realizou numerosos trabalhos sobre os efeitos fisiológicos sobre os animais. A partir de modelos em animais com as reações mais próximas dos seres humanos foram obtidos os valores limites suportáveis usados até hoje.

A EdF fez um levantamento durante 10 anos (anos 60/70) das causas de acidentes mortais ocorridos na França e que são reproduzidos na tabela I.

Tabela 1: Acidentes mortais de eletrocussão ocorridos na França durante 10 anos (*)

USOS INDUSTRIAIS AT BT Total %

Contatos diretos acidentais com linhas em canteiros de obras:

Trabalhos agrícolas (manutenção)10102

Aparelhos de levantamento (gruas)150615629 Outras( manutenção de barramentos)7347714 Trabalhos em linhas54419517 Aparelhagem em SE dos usuários8649016

Instalações gerais de canteiros e de fábricas:

Aparelhagem BT ( painéis e quadros)26265

Máquinas fixas10102 Fiação BT20204 Lâmpadas portáteis 10 10 2 Máquinas e ferramentas portáteis133346 Pontes rolantes e talhas15153

1.4Os limites de sensibilidade e suportabilidade

Baseado-se nos valores estabelecidos principalmente por Darziel foi desenvolvida a técnica de proteção pessoal. A IEC 479-1 estabeleceu 4 zonas (fig. 1) assim definidas:

1 - imperceptível: as correntes abaixo de 0,5 mA podem passar por longos períodos pelo corpo sem causar mal ou reações (reta A).

2 - perceptível: as correntes abaixo de 10 mA por largos períodos (10s ) e acima de 10 mA e tempos decrescentes (desde 10s até 20ms) embora sentidas pelas pessoas, também não causam mal (curva B).

3 - reações reversíveis: entre as curvas b e c, os valores correspondentes de i e t causam contração muscular.

4 - possibilidade de efeitos irreversíveis; limitados pelas curvas:

C1: não há fibrilação do coração C2: 5% de probabilidade de fibrilação C3: 50% de probabilidade de fibrilação

A partir desses limites é que foram desenvolvidos os dispositivos de proteção por interrupção da corrente de defeito.

Quanto à eficácia dos métodos de reanimação, constatou-se na França que em cerca de 60% as pessoas atendidas conseguiram se recuperar. Os sucessos foram obtidos com os procedimentos aplicados até 2 minutos após o acidente e às vezes se estenderam por até 2 horas.

eletrocussão: é um acidente elétrico mortal eletrização: é um acidente elétrico por contato mas não tendo a morte como conseqüência.

Em seguida à eletrização pode haver uma morte aparente em que há: interrupção da respiração, que pode ser restabelecida por reanimação por respiração artificial sendo o método boca-a-boca o mais eficiente, ou uma interrupção da circulação quando o coração passa a funcionar com uma fase de movimentos anárquicos (não ritmados) denominada fibrilação ventricular de curta duração seguida de parada definitiva. A recuperação, muitas vezes denominada ressuscitação é conseguida com um aparelho denominado desfibrilador com o qual se aplica uma corrente transitória (descarga de um capacitor) que provoca uma parada instantânea de todos os centros nervosos que produzem os pulsos que comandam os movimentos dos músculos cardíacos. Após essa parada, é retomado o movimento ritmado, com ou sem ajuda de massagem cardíaca.

Quando há a fibrilação diz-se que houve uma eletrização com perda da consciência que se não for atendida em um curto espaço de tempo (no máx. 5 min.) provoca a morte cerebral (interrupção da circulação de sangue no cérebro).

A eletrização sem perda de consciência apresenta uma variação muito grande de reações musculares, desde um simples "formigamento" até uma violenta contração muscular (tetanização elétrica) que pode causar a queda ou projeção da vítima à distância. Em baixa tensão, no caso mais freqüente, há uma contração da mão sobre os condutores com lesões profundas, queimaduras (internas e externas) e conseqüências renais (mais ou menos) rápidas. Pode haver também uma contração dos músculos torácicos que produz a parada respiratória citada acima. A língua também pode "enrolar" produzindo a asfixia por interrupção da respiração (a vitima vai ficando roxa).

Proteção contra contatos diretos Duas medidas complementares são normalmente usadas como prevenção contra os riscos de acidentes por contatos diretos: ♦ prevenção física de contato com as partes vivas por barreiras, isolação, afastamento tornando inacessível, etc.. ♦ proteção adicional, a despeito das medidas acima, para a possibilidade de ocorrer assim mesmo um contato direto. Esta proteção é baseada em relés rápidos e de alta sensibilidade, operados por corrente residual os quais são altamente eficientes na maioria dos casos de contatos diretos.

1.7Medidas de proteção contra contatos diretos

Nota: A IEC e as normas nacionais freqüentemente fazem distinção entre dois graus de proteção: ♦ completa (isolação, envoltórios)

♦ parcial ou particular

1.8Medidas de proteção completa

1.8.1Proteção por isolação das partes vivas

Esta proteção consiste em uma isolação em conformidade com as normas relevantes. Pinturas, vernizes e esmaltes não proporcionam uma proteção adequada.

1.8.2Proteção por barreiras ou envoltórios

Esta medida está em uso generalizado desde que muitos componentes e materiais são instalados em gabinetes, estantes, painéis de controle e envoltórios de quadros de distribuição, etc.. Para ser considerada como proporcionando uma proteção efetiva contra os riscos de contatos diretos, estes equipamentos precisam possuir um grau de proteção ao menos igual ao IP2X ou IPXXB ( não deve ser penetrado por um dedo articulado de teste com 12,5 m de diâmetro). Além disso, a abertura de um envoltório (porta, painel, gaveta, etc.) só pode ser feita: ♦ por intermédio de uma chave ou ferramenta especialmente destinada a essa função ♦ depois de uma isolação completa das partes vivas do envoltório, ou ♦ com a ação automática de uma guilhotina metálica, removível somente com uma chave ou ferramentas.

Como não se pode medir diretamente a corrente que atravessa o organismo normalmente, refere-se, na técnica da proteção, à tensão aplicada sem causar efeitos fisiopatológicos perigosos. Por outro lado, a resistência do corpo humano varia com a tensão aplicada ( 2500 W a 25V, 2000 W a 50V, 1000 W a 250V e valor assintótico de 600 W ). Esses valores são válidos para tensão mão-a-mão ou mão-a-pés, de modo que a corrente passe pelo tórax em condições de pele úmida e supondo um contato direto com superfícies metálicas. Estas condições desfavoráveis consideradas dão uma garantia a favor da segurança. As normas IEC que regulam essa proteção são: IEC 364, IEC 479-1, IEC 755, IEC 1008, IEC 1009, e IEC 947-2, apêndice B.

1.6Contatos diretos e indiretos

As normas e regulamentos distinguem dois tipos de contatos perigosos: ♦ contato direto

♦ contato indireto e as correspondentes medidas de proteção.

Contato direto Um contato direto se refere ao contato de uma pessoa com um condutor que normalmente está energizado

Contato indireto Um contato indireto se refere a uma pessoa que entra em contato com uma parte condutora que normalmente não está energizada, mas que se torna energizada acidentalmente (devido a uma falha de isolação ou alguma outra causa).

O envoltório metálico e todas guilhotinas metálicas precisam ser interligadas ao condutor de proteção da instalação.

1.8.3Medidas de proteção parcial

Proteção por meio de obstáculos, ou por colocação fora de alcance Esta prática se aplica somente aos locais onde somente têm acesso pessoas qualificadas ou especialmente autorizadas.

1.9Medidas particulares de proteção

Proteção pelo uso de esquemas em extra baixa tensão de proteção SELV (Safety Extra Low Voltage), PELV ( Protection Extra Low Voltage) ou FELV (Funccional Extra Low Voltage). Estas medidas são empregadas somente em circuitos de baixa potência e em circunstâncias particulares onde os riscos são grandes como em piscinas, lâmpadas e outros aparelhos portáteis para uso ao tempo, etc.. Estes casos serão analisados mais adiante.

1.10Medidas adicionais de proteção contra contatos diretos

Uma medida adicional de proteção contra contatos diretos é proporcionada pelo uso de dispositivos de proteção operados por correntes residuais, os quais operam com 30 mA ou menos e são referidos, em inglês, como RCD (residual current device) e no Brasil como DCD (dispositivo de corrente diferencial). Todas as medidas de proteção referidas anteriormente são preventivas, mas a experiência mostrou, que por diversas razões, elas não podem ser consideradas como infalíveis. Entre essas razões podem ser citadas: ♦ falta de manutenção adequada

♦ imprudência, falta de cuidado

da isolação; por exemplo, flexão e abrasão
dos terminais de conexão

♦ envelhecimento normal (ou anormal) e corte ♦ contatos acidentais

a isolação não é mais efetiva.

♦ imersão em água, etc. - uma situação na qual

Para proteger os usuários nessas circunstâncias, são usados dispositivos de disparo rápido, altamente sensíveis, baseados na corrente residual para terra ( a qual pode ou não ser através de um corpo humano ou de um animal ). Eles proporcionam uma desconexão automática da fonte com suficiente rapidez para prevenir a morte por eletrocussão ou danos à saúde de uma pessoa anteriormente saudável.

Nota: As prescrições para circuitos da IEC impõem o uso de DCD nos circuitos de alimentação de tomadas instaladas em locais considerados particularmente perigosos, ou usadas para propósitos especiais. Os regulamentos ou normas de alguns países exigem seu uso em todos os circuitos de tomadas.

Estes dispositivos operam pelo princípio da medição da corrente diferencial, pelo qual, qualquer diferença entre a corrente que entra e a que sai, precisa (em um sistema alimentado por uma fonte aterrada) fluir para terra. Isto pode ser através de uma isolação defeituosa, ou do contato de um condutor energizado com um objeto aterrado, como uma pessoa, por exemplo.

Os DCD's padronizados suficientemente sensíveis para proteção contra contatos diretos são dimensionados para a corrente diferencial de 30mA. A IEC padronizou outras correntes para os DCD: 10mA e 6mA (usados geralmente para proteção de aparelhos individuais). Esta proteção adicional é imposta em alguns países para circuitos de corrente nominal de até 32 A ou mesmo mais se o local for úmido e ou temporário (como em obras, por ex.).

1. Os regulamentos nacionais que cobrem as instalações de BT impõem ou recomendam fortemente o emprego de dispositivos para proteção contra contatos indiretos.

2. As medidas de proteção são:

detecção da primeira ou segunda falta,
dependendo do sistema de aterramento).
circunstâncias.

n desconexão automática da fonte (na n medidas particulares, de acordo com as

Materiais condutores (1) usados na fabricação de aparelhos elétricos e que não façam parte do circuito elétrico do mesmo e são separados destes pela "isolação básica". A falha da isolação básica resultará na energização das partes condutoras. O toque de uma parte condutora energizada devido a uma falha da isolação é referido como um contato indireto.

São adotadas várias medidas contra esse risco que incluem:

ndesconexão automática da alimentação do aparelho defeituoso. n Medidas especiais, como:

- Uso de materiais isolantes da classe I ou um grau equivalente de isolação, - Uso de materiais não condutores nos locais, colocação fora -do -alcance ou instalação de barreiras isolantes. - Equipotencialização no local.

- Separação elétrica por intermédio de transformadores de isolação.

(1)Materiais condutores (usualmente metais) que possam ser tocados sem desmontagem do aparelho são referidos como "partes condutoras expostas". No Brasil são também referidos como "massa metálica". (2)A definição de resistências de paredes, piso e forro de um local não condutor são dadas mais adiante (veja "medidas de proteção contra contatos diretos ou indiretos sem desligamento do circuito", pág. 1)

2.1MEDIDA DE PROTEÇÃO PELO DESLIGAMENTO AUTOMÁTICO DA FONTE

Nota: Isto pode ser conseguido se as partes condutoras expostas dos aparelhos estiverem adequadamente aterradas.

Princípio:

Esta medida de proteção depende de dois requisitos fundamentais:

nO aterramento de todas as partes condutoras expostas do equipamento e a constituição de uma malha de interligação (com instalação de um TAP - Terminal de Aterramento Principal). nO desligamento da parte do circuito envolvida no defeito, de modo que os requisitos de segurança, tensão de toque/tempo, sejam respeitados para qualquer nível de tensão de toque UC (3).

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