Como estipular diretrizes de segurança para os Operadores de Sistemas Elétricos? Como documentar adequadamente, durante o Projeto, os cálculos para o uso dos trajes de segurança em Subestações e guardá-los no meu Prontuário de Instalações Elétricas (PIE)? Esta proposta de memória de cálculo de Energia Incidente visa documentar corretamente o Nível de Energia Incidente e como definir o traje utilizado pelos Operadores do Sistema Elétrico.

1. Proposta de Memória
de Cálculo de Energia
Incidente Conforme
IEEE Std 1584 e NFPA
70 E.
2

2. Capítulo 1: Introdução.…………….……………….4
Capítulo 2: Organização do Método ………..…7
Capítulo 3: Exemplo para aplicação……..……11
CONTEÚDO:
3

3. CAPÍTULO 1:
Introdução
4

4. Segurança no exercício do trabalho é uma preocupação constante e é um
dos pontos principais dos valores das grandes empresas. Muitos setores
já reconhecem a real importância da identificação e da prevenção dos
riscos associados à ocorrência de arcos elétricos.
Por conta disso, percebe-se a necessidade de se quantificar os níveis
existentes de energia incidente no ponto da instalação e de se
estabelecer os programas de segurança que, entre outros pontos, envolve
o uso de etiquetas informativas dos valores de energia presente,
distâncias de segurança e as categorias de risco, conforme listado na
NFPA 70E (da National Fire Protection Association, a associação
responsável pelas normas de regulamentação em segurança de
construções, instalações elétricas e prevenção de incêndios nos Estados
Unidos), que deve considerar os requisitos específicos para os
equipamentos de proteção individuais (EPI) e coletivos (EPC) para a
realização de trabalho de intervenção.
O propósito deste e-book é formalizar um método de cálculo para a Energia
Incidente, com o intuito de não só verificar cálculos, mas estruturar as
memórias de cálculo que registram e formalizam os dados de projeto,
podendo ser incorporado aos Prontuários de Instalações Elétricas (PIE) e
compreendidos de forma clara e objetiva.
Capítulo 1 - Introdução
// Page 12
5

5. Como montar uma memória de cálculo clara para agregar
ao Prontuário de Instalações Elétricas (PIE)
CAPÍTULO 2:
Organização do método
6

6. Abaixo segue proposta de fluxograma de cálculo. Nas próximas páginas
detalhamos cada uma das caixas apresentadas:
Capítulo 2: Organização do Método
3. Dados do painel
e do sistema
elétrico
4. Tempos de Arco
5. Seleção das
distâncias de
operação
6. Distância entre
barras do painel
7. Classe da roupa
conforme NFPA 70
8. Método de
Cálculo
1. Introdução
2. Documentos de
Referência
Figura 1: Diagrama de Blocos simplificado do método proposto
7

7. Abaixo segue uma sugestão de como dividir a memória de cálculo e
entende-se que é o mínimo necessário para se confeccionar um
documento claro e completo.
Entretanto, informações podem ser adicionadas ou modificadas. Cabe
ao Engenheiro responsável a formatação final do mesmo.
1. Introdução
Aqui se declara o objetivo e o que o documento irá especificar.
2. Documentos de Referência
Aqui se declara todos os documentos pertinentes para a elaboração do
documento como:
 Diagramas unifilares do sistema elétrico;
 Diagramas unifilares dos painéis do sistema elétrico;
 Memórias de Cálcuo de Curto Circuito;
 Manuais dos fabricantes de disjuntores e relés;
 Desenhos mecânicos e dimensionais dos painéis;7
 Normas utilizadas para a realização do estudo (pelo menos a IEEE
Std 1584 e a NFPA 70 E.
 Demais documentos que se julgue necessários
Capítulo 2: Organização do Método
8

8. 3. Dados do Painel e do Sistema Elétrico:
Alguns dados do painel e do sistema elétrico são necessários para o
cálculo de energia incidente. Estes são:
 Corrente de curto-circuito simétrica RMS em sistemas trifásicos (
Ibf=I"k );
 Tensão do sistema (V);
 Distância entre os condutores (mm);
 Tipo de configuração: Box (fechadas) ou abertas;
 Sistema de aterramento: aterrado ou não aterrado/alta resistência.
4. Tempos de Arco:
O tempo de arco é definido de acordo com as características do
equipamento de proteção utilizado para a detecção. Os casos mais
comuns são :
 Relé de detecção de arco;
 Relés associados com disjuntores ou contatores: deve ser verificado a
curva de atuação do relé e o tempo de abertura do disjuntor ou
contator;
 Fusíveis e disjuntores termomagnéticos: deve ser verificado a curva de
atuação e o tempo de abertura do equipamento.
A tabela abaixo, baseada na norma IEEE 1584, apresenta o tempo
comum de abertura de disjuntores para baixa e alta tensão.
Capítulo 2: Organização do Método
9

9. Aqui deve ser listado qual o relé de detecção de arco está sendo utilizado
e qual o tempo de interrupção de arco do dispositivo.
5. Seleção das distâncias de operação:
As distâncias de operação para proteção contra arco elétrico são sempre
baseadas no corpo e face do operador, e não em outros membros como
braços e pernas. A tabela abaixo, baseada na norma IEEE 1584,
apresenta as distâncias típicas de operação para painéis elétricos, de
acordo com o nível de tensão.
Capítulo 2: Organização do Método
Circuit breaker rating and type
Opening time at 60Hz Opening time
(cycles) (seconds)
Low voltage (molded case)
1.5 0.025
(<1000 V) (integral trip)
Low voltage (insulated case)
(<1000 V) power circuit breaker 3.0 0.05
(integral trip or relay operated)
Medium voltage
5.0 0.08
(1-35 kV)
Some high voltage
8.0 0.130
(>35 kV)
Tabela 1 - Tempo comum de abertura de disjuntores
Classes of equipment
Typical working distance
(mm)
15 kV switchgear 910
5 kV switchgear 910
Low-voltage switchgear 610
Low-voltage MCCs and panelboards 455
Cable 455
Other To be determined in field
Tabela 2 – Distâncias típicas de operação
10

10. 6. Distâncias entre barras dos painéis:
Aqui deve ser declarado quais são as distâncias entre fases e entre fase e
terra de todos os painéis que compõem o sistema elétrico.
7. Classe da roupa:
A classificação da roupa que deve ser utilizada na operação do painel
elétrico é definida através da quantidade de energia incidente no
momento do arco elétrico. Cada classe possui uma vestimenta diferente,
variando de acordo com o aumento da gramatura do tecido necessária
para proteger o operador. A tabela abaixo, baseada na norma NFPA 70E,
demonstra esta classificação.
Capítulo 2: Organização do Método
Classe de Risco/Categoria Descrição da Roupa (número total de camadas de tecido) Faixa de Energia Incidente (cal/cm²)
0
Não inflamável, materiais inflamáveis (ou seja, sem tratamento, algodão,
lã, rayon, ou seda, ou misturas destes materiais), com um tecido de
gramatura de pelo menos 4,5 oz./yd²
0 – 1.2
1
Vestimentas resistentes a chamas podendo ser camisa e calça ou
macacão
1.2 - 4.0
2
Vestimentas resistentes a chamas podendo ser camisa e calça ou
macacão
4.0 - 8.0
3
Vestimentas resistentes a chamas podendo ser camisa e calça, capa ou
macacão e selecionado de acordo a categoria mínima requerida do arco
elétrico
8.0 - 25.0
4
Vestimentas resistentes a chamas podendo ser camisa e calça, capa ou
macacão e selecionado de acordo a categoria mínima requerida do arco
elétrico
25 - 40
Sem classe Categoria de roupa não existe Acima de 40.0
Tabela 3 - Classe da roupa
11

11. 8. Método de Cálculo:
O método utilizado para cálculo da energia incidente é descrito no item 5
da norma IEEE 1584, e se trata de um modelo empiricamente derivado,
baseado em analises de estatísticas e curvas de programas e aplicável
para sistemas com:
 Tensões nominais na faixa de 208 V-15000 V, trifásicos;
 Frequências de 50 e 60 Hz;
 Correntes de curto-circuito na faixa de 700 A - 106000 A;
 Sistemas aterrados e não aterrados;
 Fechamento de equipamentos de tamanhos comumente disponíveis;
 Distância entre condutores de 13 mm - 152 mm;
 Faltas envolvendo as 3 fases.
Inicialmente deve-se determinar a corrente de arco elétrico trifásica, para
então determinar o tempo de operação do dispositivo de proteção e a
energia incidente.
A corrente de arco é encontrada pelas seguintes equações:
 Para sistemas com a tensão nominal menor que 1000 V:
log(Ia)= K + 0,662.log(Ibf)+ 0,0996.V + 0,000526.G + 0,5588.V.log (Ibf ) - 0,00304.G.log(Ibf )
Capítulo 2: Organização do Método
12

12.  Para sistemas com tensão nominal igual ou maior que 1000 V:
log(Ia)= 0,00402 + 0,983.log(Ibf)
Então:
Ia=10log(Ia)
Onde:
• log= logaritmo na base 10 (log10)
• Ia = Corrente de arco (kA);
• K = Constante igual a -0,153 para configurações abertas e -0,097
para configurações fechadas;
• Ibf = Corrente de curto-circuito trifásico (simétrica RMS) (kA);
• V = Tensão nominal do sistema (kV);
• G = Distância entre condutores do painel (considera do 160 mm para
13,8 kV, 90 mm para 4,16 kV e 25mm para 480 V).
Após definido o valor da corrente de arco, encontra-se o valor de energia
incidente normalizado através da equação abaixo. Esta equação é
baseada em dados normalizados para um arco com duração de 0,2 s e
uma distância típica de trabalho de 610 mm.
Capítulo 2: Organização do Método
13

13. log(En)=K1 + K2 + 1,081.log(Ia) + 0,0011.G
Então:
En = 10log (En)
Onde:
• En = Energia incidente normalizada para tempo e distância (J/cm²);
• K1 = Constante igual a -0,792 para configurações abertas e -0,555
para configurações fechadas;
• K2 = Constante igual a 0 (zero) para sistemas não ate rrados ou
aterrados com alta resistência, e - 0,113 para sistemas aterrados.
• G = Distância entre condutores do painel (considera do 160 mm para
13,8 kV, 90 mm para 4,16 kV e 25mm para 480 V).
Finalmente, converte-se a energia incidente normalizada para as
referências desejáveis:
E=4,284.Cf.En.
t
0,2
.
610
D
x
[J/cm²]
E=Cf.En.
t
0,2
.
610
D
x
[cal/cm²]
Capítulo 2: Organização do Método
14

14. Onde:
 E = Energia incidente (J/cm²);
 Cf = Fator de cálculo que vale 1,0 para sistemas maio r que 1 kV e 1,5
para sistemas iguais ou menor que 1 kV;
 En = Energia incidente normalizada para tempo e distâ ncia (J/cm²);
 t = Tempo de arco (s);
 D = Distância do possível ponto de arco até a pesso a, conforme
tabela 2;
 x = Expoente de distância conforme tabela 4.
Capítulo 2: Organização do Método
System voltage (kV) Equipment type
Typical gap between
conductors (mm)
Distance x factor
0.208 - 1
Open air 10 – 40 2.000
Switchgear 32 1.473
MCC and panels 25 1.641
Cable 13 2.000
>1 – 5
Open air 102 2.000
Switchgear 13 – 102 0.973
Cable 13 2.000
>5 - 15
Open air 13 – 153 2.000
Switchgear 153 0.973
Cable 13 2.000
Tabela 4 - Fatores de cálculo
15

15. CAPÍTULO 3:
Exemplos para aplicação
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16. Vamos seguir a metodologia proposta para montar uma memória de
cálculo simplificada para exemplificar:
1- Introdução
Este documento visa apresentar os cálculos de energia incidente e
definição do EPI apropriado para a Classe de Risco associada ao painel 1
da Subestação 1 da Unidade 1 da Fábrica 1
2- Documentos de referência:
 Diagrama unifilar da fábrica 1;
 Diagrama unifilar da subestação 1;
 Diagrama unifilar do painel 1;
 Memória de Cálculo de curto circuito do painel 1;
 Manuais dos fabricantes dos disjuntores, relés e acionadores do Painel
1;
 Planta baixa civil do prédio da Subestação 1;
 Rota de fuga de segurança do prédio da Subestação 1;
 Desenhos mecânicos e dimensionais do Painel 1;
 IEEE Std 1584;
 NFPA 70 E.
Capítulo 3: Exemplos para Aplicação
17

17. Vamos prosseguir agora com os cálculos de energia incidente:
3. Dados do Painel e do Sistema Elétrico:
 Ibf: 11,614 kA (sim.)
 Tensão nominal: 13,8 kV
 Tipo de configuração: Box (fechada)
 Tipo de painel: CDC (15kV switchgear)
 Aterramento: Aterrado com baixa resistência (400A- 10s)
 Sistema de detecção: Através de relé de proteção de arco
4. Tempos de Arco:
 Tempo de detecção do relé detector de arco: ≤ 2,5 ms;
 Tempo de acionamento da bobina de abertura do disjuntor (tba): 60
ms;
 Tempo de duração do arco (ta): 15 ms.
 Tempo total de interrupção do disjuntor (tba+ ta): 75 ms.
É uma boa prática adicionar um fator de segurança para o acionamento
da proteção. Aqui, adotaremos um acréscimo de 25%. Logo:
Tempo de arco = 100 ms.
5. Distância de Operação:
O painel é de 13,8 kV, logo a distância (vide tabela 2) é de 910 mm.
6. Distância entre barras do painel:
Capítulo 3: Exemplos para Aplicação
18

18. 7. Distância entre barras do painel:
A distância entre barras do painel em estudo é de 160 mm entre as fases
e 150 mm entre fase e terra.
8. Classe da roupa:
Aqui nos definimos qual a categoria de risco máxima admitida. Em caso
dos cálculos iniciais resultarem em uma roupa de categoria acima da
admitida, deve-se reavaliar os cálculo analisando possíveis mudanças de
configuração da proteção. Em caso de não restar alternativas, justifica-se
e registra-se o porquê do uso de uma vestimenta de classe superiora.
Categoria de risco máxima = 2.
9. Método de cálculo:
 Tensão nominal do painel: 13,8 kV.
 Equação a utilizar: log(Ia)= 0,00402 + 0,983.log(Ibf)
log(Ia)=0,0042 + 0,983.log(11,614)
log(Ia)=0,0042 + 0,983.1,0649
log(Ia)=0,0042 + 1,0468
log(Ia)=1,05107
Ia=alog(1,05107)=11,248 kA
Capítulo 3: Exemplos para Aplicação
19

19.  Cálculo da Energia Normalizada En:
log(En)=K1 + K2 + 1,081.log(Ia) + 0,0011.G
Parâmetros
• K1 = -0,555, pois o painel é de configuração fechada;
• K2 = - 0,113 pois o painel está em sistema aterrado;
• G = 160 mm, pois o painel é de 13,8 kV.
log(En)=-0,555 -0,113 + 1,081.log(11,614) + 0,0011.160
log(En)=-0,668 + 1,081.1,0649 + 0,176
log(En)=-0,492 + 1,15115 = 0,6591
En=alog(0,6591)=4,562 J/cm²
 Cálculo da Energia Incidente:
E=4,284.Cf.En
t
0,2
.
610
D
x
Parâmetros:
Cf=1, pois o sistema é maior que 1 kV;
t=0,1 s;
D=910mm, que é a distância de operação previsto na tabela 2 para
painéis fechados até 15 kV;
x=0,973, conforme tabela 4 para painéis fechados entre 1kV e 5 kV;
Capítulo 3: Exemplos para Aplicação
20

20. E=4,284.1.4,562.
0,1
0,2
.
610
910
0,973
E=6,0861 J/cm²
E=1,4205 cal/cm² <- Este é o valor a verificar junto a tabela da NFPA
70E
 Consultando a tabela 3, vemos que a roupa de Classe de Risco 1 é
apropriada.
Qual é a distância segura para uso de roupa de Classe de Risco 0?
 E=Cf.En.
t
0,2
.
610
D
x
Parâmetros:
E=1,2 cal/cm²
Cf=1, pois o sistema é maior que 1 kV;
t=0,1 s;
En=4,562 J/cm²;
x=0,973, conforme tabela 4 para painéis fechados entre 1kV e 5 kV;
Como resultado, temos que:
 DB=1200mm
Capítulo 3: Exemplos para Aplicação
21

21. OBRIGADO!
Quais assuntos poderíamos discutir?
Quais dúvidas podemos sanar?
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Poderia me responder um questionário? É rápido e vai me ajudar a saber quais
são nossas necessidades.
Estou à disposição para lhe ajudar
daniel.automanetwork@gmail.com
Responder ao
Questionário
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