Detecção de arco voltaico em painéis de média baixa tensão (PARTE 1)

Uma solução para a proteção de operadores e eletricistas de manutenção contra contra o arco voltaico em cubículos de disjuntores

Uma das maiores preocupações das industrias hoje em dia são os aspectos de segurança de seu pessoal. especialmente para os operadores de subestações e eletricistas de manutenção.

A simples execução de manobras  cotidianas dentro de uma subestação como a  inserção de um disjuntor, pode terminar no surgimento de um arco voltaico  de efeitos irreversíveis a saúde  do operador, provocando queimaduras de elevado grau, inalação de gases tóxicos e quentes, incidência de elevados níveis de ruídos, lançamento de peças e materiais  derretidos e ondas de pressão que podem arremessar o operador a metros de distância vindos a se chocar com equipamentos existentes na subestação.

Pesquisas americanas mostram que 50% das pessoas enviadas a unidades de tratamento de queimaduras  possuem lesões  devido a ocorrências de de arco voltaico e uma ou duas entre cinco não sobrevive as consequências dessa lesões.

O arco voltaico pode ser definido como um curto-circuito pelo ar, que se movimenta a uma alta velocidade (cerca de 100 m/s) e possui elevadas temperaturas, podendo causar destruição total dos painéis metálicos e seus equipamentos bem como causar graves lesões físicas, algumas letais, para as pessoas ao redor da área afetada.

Assim, devido a uma grande quantidade de energia em um espaço  de tempo muito  curto com elevadas temperaturas, o arco-voltaico tornou-se um dos principais elementos de estudos para melhoria de segurança do pessoal de operação, manutenção e minimização dos danos aos painéis e equipamentos do cubículo.

Dessa forma, por meio de uma análise de riscos de arco elétrico, é possível que obtenha uma redução dos requisitos para Equipamentos de Proteção Individual (EPI), oferecendo muito mais conforto ao operador.

Além disso, considerando o tempo de reposição de um painel de média tensão após sua destruição ou a perda irreparável de uma vida humana, a instalação de detectores de arco tornar-se de caráter obrigatório em uma subestação de energia, da mesma forma como os cintos de segurança são indispensáveis nos automóveis.

Filosofia de proteção contra arco voltaico

Um sistema de proteção contra arco voltaico deve ser exatamente rápido e ao mesmo tempo e ao mesmo tempo seguro  confiável. Isso significa que o sistema deve atuar em altíssima velocidade na detecção do arco voltaico no interior do cubículo e comandar a abertura dos disjuntor para a extinção dese fenômeno. Contudo, o sistema de proteção não deverá atuar sob hipótese  alguma se não existir um arco voltaico interno ao painel.

Para tanto, a melhor  solução é a filosofia que combina a detecção de luz no interior do cubículo  (que indica a formação do arco voltaico) com a percepção  de significativos  aumentos dos valores  normais de corrente de carga (que confirma a presença de curto circuito entre partes vivas no interior do cubículo).

O sistema aqui proposto  é composto por unidades sensoras de luz que são dispostas em pontos estratégicos do cubículo e que são interligadas  por fibras óticas a uma unidade central. Recomenda-se, por razões de confiabilidade, que seja o próprio relé de proteção principal do circuito deste cubículo ou painel, eliminado a necessidade demais componentes no interior dos cubículos de média ou baixa tensão, melhorando a confiabilidade do sistema.

Esta filosofia proporciona vantagens adicionais em utilizar o mesmo equipamento como relé de proteção e detector de arco conforme segue:

1: Desnecessária a instalação de transformador  de corrente  (TCs) adicional ou ligações em séries de circuitos de correntes para alimentar as entradas do equipamento detector  de arco;

2: Análise do evento e correta atuação do equipamento detector de arco com a utilização de oscilografias compostas pelos sinais de detecção da intensidade da luz, sinais de pick-up do detector de arco e valores de corrente presentes durante o evento;

3: Registrador Sequencial de Eventos (SER), mais conhecido como SOE, sequencial de eventos incluindo a atuação de elemento de detecção de arco.

4: Interface Ethernet para comunicação com rede de supervisão e controle, permitindo a visualização de informações oriundas do detector de arco (alarme, trip, etc), assim como a atuação de outra função de proteção relacionada ao relé.

5: Possibilidade de envio de mensagens de trip/alarme com a utilização mensagens GOOSE (IEC-1850) para o demais equipamentos interligados ao sistema/rede ethernet.

6: Utilização de software único para configuração de detector  de arco+relé de proteção.

7: Utilização de software único para parametrização, coleta de eventos, datas logs e alteração ou modificação de ajustes e parâmetros de forma local ou remota.

8: Autodiagnóstico (watchdog).

9: Redução de peças sobressalentes e redução com tempo de treinamento de equipamentos, uma vez que o relé principal fará a todas as funções.

Portanto esta solução apresenta alta confiabilidade, pois possui uma menor quantidade de componentes no cubículo, utilizando em cada cubículo três ou quatro sensores ligados por fibra ótica ao próprio relé de proteção principal como unidade ”mestre”. Possui maior integrabilidade como o sistema de supervisão e controle, possibilita ajustes e configurações remotas  e possui alta velocidade (+- 2 ms), excelente segurança contra falsos disparos (não basta apenas a presença de luz e corrente), e ainda proporciona redução de custos.

Abaixo um sumário com as principais características deste conceito de proteção contra arco voltaico:

Características do sistema de proteção contra arco voltaico proposto

  • Elimina TCs adicionais no painel;
  • Oscilografia  e SOE  com informações sobre intensidade luminosa, medição de corrente, pickups e trip;
  • Integração com demais  IEDS;
  • Troca de mensagens Goose;
  • Software  único;
  • Acesso remoto;
  • Um único equipamento para detecção de arco voltaico e proteção;
  • Tempo de atuação de +- 2 ms;
  • Seguro: luz + corrente para assegurar a atuação;
  • Autodiagnóstico do sistema ótico, podendo gerar alarmes;

Continua no próximo post.