O arco elétrico pode ser definido como uma descarga elétrica entre duas extremidades ou eletrodos no qual possui um gás ionizado que mantem a condução de corrente por um meio isolante via plasma. Essa falta ou defeito ocorre diariamente em instalações elétricas de baixa, média e alta tensão e traz diversos riscos as pessoas no quais podemos citar:
- Danos severos devido a queimaduras e estilhaçamento de partículas
- Danos oculares devido o brilho intenso causado pelo arco elétrico
- Danos ao pulmão devido emissão de gases tóxicos
- Danos graves ou morte devido choque elétrico e queimadura
Além dos diversos riscos e danos aos operadores e manutentores de instalações elétricas, o arco elétrico traz risco a equipamentos e dispositivos o que pode causar destruição de equipamentos e parada de processos que resultam em perda econômica significativa. Diante de tantos inconvenientes e riscos que o arco elétrico apresenta, devemos projetar o sistema de proteção de forma a garantir uma proteção efetiva contra esse vilão das instalações elétricas mitigando a energia emitida durante o defeito.
O arco elétrico em equipamentos elétricos
O maior perigo e dano causado por arco elétrico acontece em equipamentos de potência em sistemas de média e alta tensão. Nesses casos o arco elétrico pode ser oriundo de curtos-circuitos entre fases e entre a fase e a terra, resultando em uma alta corrente passante através do plasma emitindo quantidades elevadas de temperatura e energia. A causa de arco elétrico nesses equipamentos normalmente é causada por falha na isolação o que resulta em curto-circuito. A norma IEC62271-200 traz alguns possíveis pontos de defeitos e causas de arco elétrico, na qual podemos citar:
| LOCALIZAÇÃO | CAUSAS |
| Disjuntores | Falta de Manutenção Adequada |
| Chaves Seccionadoras | Operação em carga |
| Transformadores | Falha de isolação das partes energizadas |
| Painéis Elétricos | Design inadequado, falta de isolação, conexões com aperto inadequadas. |
| Conexões Elétricas | Corrosão, faltas causadas por objetos externos e saídas de circuitos. |
| Pessoas | Erro de procedimento, manobra, toque acidental,etc. |
Como realizar a proteção adequada contra o Arco Elétrico
A proteção convencional de sobrecorrente tem limitações na proteção contra arco elétrico, pois possui um tempo de atuação não tão satisfatório. Isso é percebido principalmente em faltas onde tem uma impedância de arco elevada o que resulta em baixa corrente e alta intensidade de energia incidente dissipada. Sendo assim para uma proteção mais eficaz contra arco elétrico, devemos utilizar um sensor dedicado no relé para diminuir o tempo de atuação para uma falha que resulta em arco diminuindo o tempo em que o operador ou pessoa próxima estará exposta a energia incidente.
Diante disso atualmente alguns relés de proteção vem com opções de detecção de arco integrada no qual possuem entrada para sensores luminosos. Esses sensores luminosos devem ser instalados em regiões de potencial risco de arco elétrico como locais de manobras de equipamentos, exposição de barramentos e dentro de painéis elétricos conforme visto abaixo:
Esses sensores irão captar a intensidade de luz e irá fazer com que a proteção atue de forma mais rápida do que a de sobrecorrente convencional. Para uma atuação mais confiável, pode-se realizar uma proteção combinada com funções de sobrecorrente de fase e de neutro o que aumenta a confiabilidade e velocidade de atuação do relé de proteção na ocorrência de arco elétrico.
Esses elementos são chamados de sobrecorrente de alta velocidade, pois possuem um sistema de filtragem específico das funções utilizadas para correntes de curto-circuito. Pode ser feito uma lógica AND com as entradas do sensor luminoso e das funções de sobrecorrente de forma a evitar sinal de TRIP indesejado da seguinte forma:
Tipos de Sensores de Luz
Com relação aos tipos de sensores de luminosidade utilizado para detecção de arco elétrico a gente vai ter basicamente dois tipos: sensores pontuais e sensores de fibra ótica.
Os sensores pontuais protegem uma única zona pois possuem um ponto focal de percepção de luz. Eles podem ser instalados no interior de painéis e cubículos que possuam barramento e equipamentos de manobras. Pelo fato da área desse sensor possuir uma faixa restrita, ele reduz a possibilidade de atuação indevida da proteção. Porém devido a essa característica ele reduz muito a área de proteção principalmente no interior de painéis, o que não o torna tão interessante para esse tipo de aplicação.
Os sensores de fibra óptica realizam a detecção de arco por toda a sua superfície. Isso faz com que a área de proteção e percepção de luz seja muito maior nesse sensor, tornando mais abrangente a zona de cobertura contra arcos elétricos. O grande problema desse sensor é que por ser feita de fibra de vidro que é um material sensível, para grandes distâncias pode ser difícil seu manuseio podendo o levar a quebra o que inviabilizaria sua funcionalidade.
A utilização de um ou de outro vai depender da aplicação desejada. Sensores pontuais possuem um foco de proteção específico e, portanto, ajuda até na identificação do ponto de falta, já que é necessário um sensor para cada equipamento ou painel a ser protegido. Já o sensor de fibra óptica possui uma área de abrangência maior que o sensor pontual, podendo uma mesma fibra proteger diferentes equipamentos de forma mais ampla.
Conclusões
A proteção de arco integrada nos relés de proteção é uma alternativa extremamente interessante para diminuir a energia incidente e os riscos de danos a equipamentos e pessoas. É fundamental um estudo de energia incidente para correto dimensionamento da proteção e distribuição dos sensores de luminosidade dos tipos pontuais ou de fibra óptica. Para uma leitura mais aprofundada sobre o tema recomenda-se a leitura das seguintes normas: IEC 62771-200, IEEE 1584-2018 e NFPA 70E.
Por: Mesh Engenharia
