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40. Eletricidade

Editor de Capítulo:  Dominique Folliot

 


 

Conteúdo 

Figuras e Tabelas

Eletricidade—Efeitos Fisiológicos
Dominique Folliot

Eletricidade estática
Claude Menguy

Prevenção e Padrões
Renzo Comini

Tabelas

Clique em um link abaixo para visualizar a tabela no contexto do artigo.

1. Estimativas da taxa de eletrocussão-1988
2. Relações básicas em eletrostática-Coleção de equações
3. Afinidades eletrônicas de polímeros selecionados
4. Limites de inflamabilidade inferiores típicos
5. Cobrança específica associada a operações industriais selecionadas
6. Exemplos de equipamentos sensíveis a descargas eletrostáticas

figuras

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Segunda-feira, 28 fevereiro 2011 19: 19

Eletricidade-Efeitos Fisiológicos

O estudo dos perigos, eletrofisiologia e prevenção de acidentes elétricos requer a compreensão de vários conceitos técnicos e médicos.

As seguintes definições de termos eletrobiológicos são retiradas do capítulo 891 do Vocabulário Eletrotécnico Internacional (Eletrobiologia) (Comissão Eletrotécnica Internacional) (IEC) (1979).

An choque elétrico é o efeito fisiopatológico decorrente da passagem direta ou indireta de uma corrente elétrica externa pelo corpo. Inclui contatos diretos e indiretos e correntes unipolares e bipolares.

Diz-se que indivíduos - vivos ou falecidos - que sofreram choques elétricos sofreram eletrificação; O termo eletrocussão deve ser reservada para os casos em que ocorre a morte. Queda de raios são choques elétricos fatais resultantes de raios (Gourbiere et al. 1994).

Estatísticas internacionais sobre acidentes elétricos foram compiladas pela Organização Internacional do Trabalho (OIT), pela União Européia (UE), pela União Internacional de Produtores e Distribuidores de Energia Elétrica (UNIPEDE), a Associação Internacional de Seguridade Social (ISSA) e o Comitê TC64 da Comissão Eletrotécnica Internacional. A interpretação dessas estatísticas é prejudicada por variações nas técnicas de coleta de dados, apólices de seguro e definições de acidentes fatais de país para país. No entanto, as seguintes estimativas da taxa de eletrocussão são possíveis (tabela 1).

Tabela 1. Estimativas da taxa de eletrocussão - 1988

 

Eletrocuções
por milhão de habitantes

Total
mortes

Estados Unidos*

2.9

714

França

2.0

115

Alemanha

1.6

99

Áustria

0.9

11

Japão

0.9

112

Suécia

0.6

13

 

* De acordo com a National Fire Protection Association (Massachusetts, EUA), essas estatísticas dos EUA refletem mais a extensa coleta de dados e os requisitos de relatórios legais do que um ambiente mais perigoso. As estatísticas dos EUA incluem mortes por exposição a sistemas de transmissão de serviços públicos e eletrocussões causadas por produtos de consumo. Em 1988, 290 mortes foram causadas por produtos de consumo (1.2 mortes por milhão de habitantes). Em 1993, a taxa de morte por eletrocussão por todas as causas caiu para 550 (2.1 mortes por milhão de habitantes); 38% eram relacionados a produtos de consumo (0.8 óbitos por milhão de habitantes).

 

O número de eletrocussões está diminuindo lentamente, tanto em termos absolutos quanto, ainda mais impressionantemente, em função do consumo total de eletricidade. Aproximadamente metade dos acidentes elétricos são de origem ocupacional, com a outra metade ocorrendo em casa e durante atividades de lazer. Na França, o número médio de mortes entre 1968 e 1991 foi de 151 mortes por ano, segundo o Instituto Nacional de Saúde e Pesquisa Médica (INSERMA).

Bases Físicas e Fisiopatológicas da Eletrificação

Os especialistas em eletricidade dividem os contatos elétricos em dois grupos: contatos diretos, envolvendo contato com componentes energizados, e contatos indiretos, envolvendo contatos aterrados. Cada um deles requer medidas preventivas fundamentalmente diferentes.

Do ponto de vista médico, o caminho da corrente através do corpo é o principal determinante prognóstico e terapêutico. Por exemplo, o contato bipolar da boca de uma criança com um plugue de extensão causa queimaduras extremamente graves na boca, mas não a morte se a criança estiver bem isolada do solo.

Em ambientes ocupacionais, onde altas tensões são comuns, também é possível a formação de arco entre um componente ativo que carrega uma alta tensão e os trabalhadores que se aproximam muito. Situações de trabalho específicas também podem afetar as consequências de acidentes elétricos: por exemplo, os trabalhadores podem cair ou agir de forma inadequada quando surpreendidos por um choque elétrico relativamente inofensivo.

Os acidentes elétricos podem ser causados ​​por toda a gama de tensões presentes nos locais de trabalho. Cada setor industrial tem seu próprio conjunto de condições capazes de causar contato direto, indireto, unipolar, bipolar, arco ou induzido e, em última análise, acidentes. Embora esteja fora do escopo deste artigo descrever todas as atividades humanas que envolvem eletricidade, é útil lembrar o leitor dos seguintes tipos principais de trabalho elétrico, que foram objeto de diretrizes preventivas internacionais descritas no capítulo sobre prevenção:

  1. atividades envolvendo trabalhos em fios sob tensão (a aplicação de protocolos extremamente rigorosos conseguiu reduzir o número de eletrificações durante este tipo de trabalho)
  2. atividades envolvendo trabalho em fios não alimentados, e
  3. atividades realizadas nas proximidades de fios sob tensão (essas atividades requerem maior atenção, pois muitas vezes são realizadas por pessoas que não são eletricistas).

 

Fisiopatologia

Todas as variáveis ​​da lei de Joule de corrente contínua—

L = V x I x t = IR2t

(o calor produzido por uma corrente elétrica é proporcional à resistência e ao quadrado da corrente) – estão intimamente inter-relacionados. No caso de corrente alternada, o efeito da frequência também deve ser levado em consideração (Folliot 1982).

Os organismos vivos são condutores elétricos. A eletrificação ocorre quando há uma diferença de potencial entre dois pontos do organismo. É importante ressaltar que o perigo de acidentes elétricos não decorre do mero contato com um condutor energizado, mas sim do contato simultâneo com um condutor energizado e outro corpo com potencial diferente.

Os tecidos e órgãos ao longo do trajeto da corrente podem sofrer excitação motora funcional, em alguns casos irreversível, ou sofrer lesões temporárias ou permanentes, geralmente decorrentes de queimaduras. A extensão dessas lesões é função da energia liberada ou da quantidade de eletricidade que passa por elas. O tempo de trânsito da corrente elétrica é, portanto, crítico para determinar o grau de lesão. (Por exemplo, enguias e raias elétricas produzem descargas extremamente desagradáveis, capazes de induzir a perda de consciência. No entanto, apesar de uma tensão de 600V, uma corrente de aproximadamente 1A e uma resistência sujeita de aproximadamente 600 ohms, esses peixes são incapazes de induzir uma choque letal, pois a duração da descarga é muito breve, da ordem de dezenas de microssegundos.) Assim, em altas tensões (>1,000V), a morte é muitas vezes devida à extensão das queimaduras. Em tensões mais baixas, a morte é uma função da quantidade de eletricidade (Q=eu x t), atingindo o coração, determinado pelo tipo, localização e área dos pontos de contato.

As seções a seguir discutem o mecanismo de morte devido a acidentes elétricos, as terapias imediatas mais eficazes e os fatores que determinam a gravidade da lesão - ou seja, resistência, intensidade, voltagem, frequência e forma de onda.

Causas de Morte em Acidentes Elétricos na Indústria

Em casos raros, a asfixia pode ser a causa da morte. Isso pode resultar de tétano prolongado do diafragma, inibição dos centros respiratórios em casos de contato com a cabeça ou densidades de corrente muito altas, por exemplo, como resultado de raios (Gourbiere et al. 1994). Se o atendimento puder ser prestado em três minutos, a vítima pode ser reanimada com algumas baforadas de respiração boca-a-boca.

Por outro lado, o colapso circulatório periférico secundário à fibrilação ventricular continua sendo a principal causa de morte. Isso invariavelmente se desenvolve na ausência de massagem cardíaca aplicada simultaneamente com a respiração boca-a-boca. Essas intervenções, que deveriam ser ensinadas a todos os eletricistas, devem ser mantidas até a chegada do socorro médico de emergência, que quase sempre leva mais de três minutos. Muitos eletropatologistas e engenheiros em todo o mundo estudaram as causas da fibrilação ventricular, a fim de projetar melhores medidas de proteção passiva ou ativa (International Electrotechnical Commission 1987; 1994). A dessincronização aleatória do miocárdio requer uma corrente elétrica sustentada de frequência, intensidade e tempo de trânsito específicos. Mais importante ainda, o sinal elétrico deve chegar ao miocárdio durante o chamado Fase vulnerável do ciclo cardíaco, correspondendo ao início da onda T do eletrocardiograma.

A Comissão Eletrotécnica Internacional (1987; 1994) produziu curvas que descrevem o efeito da intensidade da corrente e do tempo de trânsito na probabilidade (expressa em porcentagens) de fibrilação e no caminho da corrente mão-pé em um homem de 70 kg com boa saúde. Essas ferramentas são apropriadas para correntes industriais na faixa de frequência de 15 a 100 Hz, com frequências mais altas atualmente em estudo. Para tempos de trânsito inferiores a 10 ms, a área sob a curva do sinal elétrico é uma aproximação razoável da energia elétrica.

Papel de vários parâmetros elétricos

Cada um dos parâmetros elétricos (corrente, voltagem, resistência, tempo, frequência) e forma de onda são determinantes importantes da lesão, tanto por si só quanto em virtude de sua interação.

Limites de corrente foram estabelecidos para corrente alternada, bem como para outras condições definidas acima. A intensidade da corrente durante a eletrificação é desconhecida, pois é função da resistência do tecido no momento do contato (I = V/R), mas geralmente é perceptível em níveis de aproximadamente 1 mA. Correntes relativamente baixas podem causar contrações musculares que podem impedir a vítima de soltar um objeto energizado. O limite desta corrente é uma função da condensação, área de contato, pressão de contato e variações individuais. Praticamente todos os homens e quase todas as mulheres e crianças podem liberar correntes de até 6 mA. A 10 mA foi observado que 98.5% dos homens e 60% das mulheres e 7.5% das crianças podem soltar. Apenas 7.5% dos homens e nenhuma mulher ou criança pode liberar a 20mA. Ninguém pode deixar ir em 30mA e superior.

Correntes de aproximadamente 25 mA podem causar tétano no diafragma, o músculo respiratório mais potente. Se o contato for mantido por três minutos, também pode ocorrer parada cardíaca.

A fibrilação ventricular torna-se um perigo em níveis de aproximadamente 45 mA, com uma probabilidade em adultos de 5% após um contato de 5 segundos. Durante a cirurgia cardíaca, reconhecidamente uma condição especial, uma corrente de 20 a 100 × 10-6A aplicada diretamente no miocárdio é suficiente para induzir a fibrilação. Essa sensibilidade miocárdica é a razão de padrões rígidos aplicados a dispositivos eletromédicos.

Todas as outras coisas (V, R, frequência) sendo iguais, os limiares de corrente também dependem da forma de onda, espécie animal, peso, direção da corrente no coração, proporção do tempo de trânsito atual para o ciclo cardíaco, ponto no ciclo cardíaco em que a corrente chega e fatores individuais.

A voltagem envolvida em acidentes é geralmente conhecida. Nos casos de contato direto, a fibrilação ventricular e a gravidade das queimaduras são diretamente proporcionais à voltagem, pois

V = IR e W = V x I x t

Queimaduras decorrentes de choque elétrico de alta voltagem estão associadas a muitas complicações, apenas algumas das quais são previsíveis. Assim, as vítimas de acidentes devem ser atendidas por especialistas experientes. A liberação de calor ocorre principalmente nos músculos e nos feixes neurovasculares. O vazamento de plasma após dano tecidual causa choque, em alguns casos rápido e intenso. Para uma determinada área de superfície, as queimaduras eletrotérmicas – causadas por uma corrente elétrica – são sempre mais graves do que outros tipos de queimaduras. As queimaduras eletrotérmicas são externas e internas e, embora isso possa não ser inicialmente aparente, podem induzir danos vasculares com sérios efeitos secundários. Estes incluem estenoses internas e trombos que, em virtude da necrose que induzem, muitas vezes necessitam de amputação.

A destruição tecidual também é responsável pela liberação de cromoproteínas como a mioglobina. Essa liberação também é observada em vítimas de lesões por esmagamento, embora a extensão da liberação seja notável em vítimas de queimaduras por alta voltagem. Acredita-se que a precipitação de mioglobina nos túbulos renais, secundária à acidose provocada por anóxia e hipercalemia, seja a causa da anúria. Esta teoria, confirmada experimentalmente, mas não universalmente aceita, é a base para recomendações para terapia de alcalinização imediata. A alcalinização intravenosa, que também corrige a hipovolemia e a acidose secundária à morte celular, é a prática recomendada.

No caso de contatos indiretos, a tensão de contato (V) e o limite de tensão convencional também deve ser levado em consideração.

A tensão de contato é a tensão à qual uma pessoa é submetida ao tocar simultaneamente dois condutores entre os quais existe um diferencial de tensão devido a um isolamento defeituoso. A intensidade do fluxo de corrente resultante depende das resistências do corpo humano e do circuito externo. Esta corrente não deve subir acima dos níveis seguros, o que significa que ela deve estar de acordo com as curvas tempo-corrente seguras. A tensão de contato mais alta que pode ser tolerada indefinidamente sem induzir efeitos eletropatológicos é chamada de limite de tensão convencional ou, mais intuitivamente, o tensão de segurança.

O valor real da resistência durante acidentes elétricos é desconhecido. Variações em resistências em série – por exemplo, roupas e sapatos – explicam muito da variação observada nos efeitos de acidentes elétricos ostensivamente semelhantes, mas exercem pouca influência no resultado de acidentes envolvendo contatos bipolares e eletrificações de alta tensão. Nos casos envolvendo corrente alternada, o efeito de fenômenos capacitivos e indutivos deve ser adicionado ao cálculo padrão baseado em tensão e corrente (R=V/I).

A resistência do corpo humano é a soma da resistência da pele (R) nos dois pontos de contato e a resistência interna do corpo (R). A resistência da pele varia com os fatores ambientais e, conforme observado por Biegelmeir (International Electrotechnical Commission 1987; 1994), é parcialmente uma função da tensão de contato. Outros fatores como pressão, área de contato, estado da pele no ponto de contato e fatores individuais também influenciam a resistência. Portanto, não é realista tentar basear medidas preventivas em estimativas de resistência da pele. A prevenção deve, ao contrário, basear-se na adaptação de equipamentos e procedimentos aos seres humanos, e não o contrário. Para simplificar, o IEC definiu quatro tipos de ambiente – seco, úmido, úmido e de imersão – e definiu parâmetros úteis para o planejamento das atividades de prevenção em cada caso.

A frequência do sinal elétrico responsável por acidentes elétricos é geralmente conhecida. Na Europa é quase sempre 50 Hz e nas Américas é geralmente 60 Hz. Em casos raros envolvendo ferrovias em países como Alemanha, Áustria e Suíça, pode ser 16 2/3 Hz, frequência que teoricamente representa maior risco de tetanização e de fibrilação ventricular. Deve-se lembrar que a fibrilação não é uma reação muscular, mas é causada por estimulação repetitiva, com sensibilidade máxima em aproximadamente 10 Hz. Isso explica porque, para uma determinada tensão, a corrente alternada de frequência extremamente baixa é considerada três a cinco vezes mais perigosa do que a corrente contínua no que diz respeito a outros efeitos além das queimaduras.

Os limites descritos anteriormente são diretamente proporcionais à frequência da corrente. Assim, em 10 kHz, o limiar de detecção é dez vezes maior. A IEC está estudando as curvas revisadas de risco de fibrilação para frequências acima de 1,000 Hz (International Electrotechnical Commission 1994).

Acima de uma certa frequência, as leis físicas que regem a penetração da corrente no corpo mudam completamente. Os efeitos térmicos relacionados à quantidade de energia liberada tornam-se o principal efeito, já que os fenômenos capacitivos e indutivos passam a predominar.

A forma de onda do sinal elétrico responsável por um acidente elétrico é geralmente conhecida. Pode ser um determinante importante de lesões em acidentes envolvendo contato com capacitores ou semicondutores.

Estudo Clínico de Choque Elétrico

Classicamente, as eletrificações são divididas em incidentes de baixa tensão (50 a 1,000 V) e alta (>1,000 V).

A baixa tensão é um perigo familiar, na verdade onipresente, e choques devido a ela são encontrados em ambientes domésticos, de lazer, agrícolas e hospitalares, bem como na indústria.

Ao revisar a gama de choques elétricos de baixa tensão, do mais trivial ao mais grave, devemos começar com o choque elétrico simples. Nesses casos, as vítimas são capazes de se livrar do perigo por conta própria, reter a consciência e manter a ventilação normal. Os efeitos cardíacos limitam-se a taquicardia sinusal simples com ou sem anormalidades eletrocardiográficas menores. Apesar das consequências relativamente menores de tais acidentes, a eletrocardiografia continua sendo uma precaução médica e médico-legal apropriada. A investigação técnica desses incidentes potencialmente graves é indicada como complemento ao exame clínico (Gilet e Choquet 1990).

Vítimas de choque envolvendo choques de contato elétrico um pouco mais fortes e duradouros podem sofrer perturbações ou perda de consciência, mas se recuperam completamente mais ou menos rapidamente; tratamento acelera a recuperação. O exame geralmente revela hipertonias neuromusculares, problemas de ventilação hiper-reflexiva e congestão, a última das quais é frequentemente secundária à obstrução orofaríngea. Os distúrbios cardiovasculares são secundários à hipóxia ou anóxia, ou podem assumir a forma de taquicardia, hipertensão e, em alguns casos, até infarto. Pacientes com essas condições requerem cuidados hospitalares.

As vítimas ocasionais que perdem a consciência em poucos segundos após o contato aparecem pálidas ou cianóticas, param de respirar, têm pulsos quase imperceptíveis e exibem midríase indicativa de lesão cerebral aguda. Embora geralmente devido à fibrilação ventricular, a patogênese precisa dessa aparente morte é, entretanto, irrelevante. O importante é o início rápido de uma terapia bem definida, pois já se sabe há algum tempo que esse quadro clínico nunca leva à morte real. O prognóstico nesses casos de choque elétrico – dos quais a recuperação total é possível – depende da rapidez e qualidade dos primeiros socorros. Estatisticamente, é mais provável que seja administrado por pessoal não médico e, portanto, é indicado o treinamento de todos os eletricistas nas intervenções básicas que provavelmente garantirão a sobrevivência.

Em casos de morte aparente, o tratamento de emergência deve ter prioridade. Em outros casos, porém, deve-se atentar para traumas múltiplos decorrentes de tétano violento, quedas ou projeção da vítima no ar. Uma vez que o perigo imediato de vida foi resolvido, traumas e queimaduras, incluindo aqueles causados ​​por contatos de baixa tensão, devem ser atendidos.

Acidentes envolvendo altas tensões resultam em queimaduras significativas, bem como os efeitos descritos para acidentes de baixa tensão. A conversão de energia elétrica em calor ocorre tanto interna quanto externamente. Em um estudo sobre acidentes elétricos na França feito pelo departamento médico da concessionária de energia EDF-GDF, quase 80% das vítimas sofreram queimaduras. Estes podem ser classificados em quatro grupos:

  1. queimaduras de arco, geralmente envolvendo pele exposta e complicadas em alguns casos por queimaduras de roupas queimadas
  2. queimaduras eletrotérmicas múltiplas, extensas e profundas, causadas por contatos de alta tensão
  3. queimaduras clássicas, causadas pela queima de roupas e projeção de matéria em chamas, e
  4. queimaduras mistas, causadas por arco, queima e fluxo de corrente.

 

O acompanhamento e exames complementares são realizados conforme a necessidade, de acordo com as particularidades do acidente. A estratégia utilizada para estabelecer um prognóstico ou para fins médico-legais é naturalmente determinada pela natureza das complicações observadas ou esperadas. Em eletrificações de alta voltagem (Folliot 1982) e relâmpagos (Gourbiere et al. 1994), a enzimologia e a análise de cromoproteínas e parâmetros de coagulação sanguínea são obrigatórias.

O curso da recuperação do trauma elétrico pode ser comprometido por complicações precoces ou tardias, principalmente aquelas que envolvem os sistemas cardiovascular, nervoso e renal. Essas complicações por si só são motivo suficiente para hospitalizar vítimas de eletrificação de alta tensão. Algumas complicações podem deixar sequelas funcionais ou estéticas.

Se o caminho da corrente for tal que uma corrente significativa atinja o coração, haverá complicações cardiovasculares. Os mais frequentemente observados e os mais benignos são os distúrbios funcionais, na presença ou ausência de correlatos clínicos. As arritmias - taquicardia sinusal, extra-sístole, flutter e fibrilação atrial (nessa ordem) - são as anormalidades eletrocardiográficas mais comuns e podem deixar sequelas permanentes. Distúrbios de condução são mais raros e difíceis de relacionar a acidentes elétricos na ausência de eletrocardiograma prévio.

Distúrbios mais graves como insuficiência cardíaca, lesão valvular e queimaduras miocárdicas também já foram relatados, mas são raros, mesmo em vítimas de acidentes com alta voltagem. Casos claros de angina e até mesmo infarto também foram relatados.

A lesão vascular periférica pode ser observada na semana seguinte à eletrificação de alta voltagem. Vários mecanismos patogênicos têm sido propostos: espasmo arterial, ação de corrente elétrica nas camadas média e muscular dos vasos e modificação dos parâmetros de coagulação sanguínea.

Uma grande variedade de complicações neurológicas é possível. O primeiro a aparecer é o derrame, independentemente de a vítima ter sofrido inicialmente perda de consciência. A fisiopatologia destas complicações envolve o traumatismo craniano (cuja presença deve ser verificada), o efeito direto da corrente na cabeça ou a modificação do fluxo sanguíneo cerebral e a indução de um edema cerebral tardio. Além disso, as complicações medulares e periféricas secundárias podem ser causadas por trauma ou pela ação direta da corrente elétrica.

Os distúrbios sensoriais envolvem o olho e os sistemas audiovestibular ou coclear. É importante examinar a córnea, o cristalino e o fundo do olho o mais rápido possível e acompanhar as vítimas de arco e contato direto com a cabeça quanto a efeitos tardios. A catarata pode se desenvolver após um período sem sintomas de intervenção de vários meses. Distúrbios vestibulares e perda auditiva são causados ​​principalmente por efeitos de explosão e, em vítimas de raios transmitidos por linhas telefônicas, a trauma elétrico (Gourbiere et al. 1994).

Melhorias nas práticas de emergência móvel reduziram muito a frequência de complicações renais, especialmente oligoanúria, em vítimas de eletrificação de alta voltagem. A reidratação precoce e cuidadosa e a alcalinização intravenosa são o tratamento de escolha em vítimas de queimaduras graves. Foram relatados alguns casos de albuminúria e hematúria microscópica persistente.

Retratos Clínicos e Problemas Diagnósticos

O quadro clínico do choque elétrico é complicado pela variedade de aplicações industriais da eletricidade e pela crescente frequência e variedade de aplicações médicas da eletricidade. Durante muito tempo, no entanto, os acidentes elétricos foram causados ​​apenas por raios (Gourbiere et al. 1994). Os raios podem envolver quantidades notáveis ​​de eletricidade: uma em cada três vítimas de raios morre. Os efeitos de um raio - queimaduras e morte aparente - são comparáveis ​​aos resultantes da eletricidade industrial e são atribuíveis a choque elétrico, transformação de energia elétrica em calor, efeitos de explosão e propriedades elétricas do raio.

Os relâmpagos são três vezes mais prevalentes em homens do que em mulheres. Isso reflete padrões de trabalho com diferentes riscos de exposição a raios.

Queimaduras decorrentes do contato com superfícies metálicas aterradas de bisturis elétricos são os efeitos mais comuns observados em vítimas de eletrificação iatrogênica. A magnitude das correntes de fuga aceitáveis ​​em dispositivos eletromédicos varia de um dispositivo para outro. No mínimo, as especificações do fabricante e as recomendações de uso devem ser seguidas.

Para concluir esta seção, gostaríamos de discutir o caso especial de choque elétrico envolvendo mulheres grávidas. Isso pode causar a morte da mulher, do feto ou de ambos. Em um caso notável, um feto vivo foi entregue com sucesso por cesariana 15 minutos depois que sua mãe morreu como resultado de eletrocussão por um choque de 220 V (Folliot 1982).

Os mecanismos fisiopatológicos do aborto causado por choque elétrico requerem mais estudos. É causada por distúrbios de condução no tubo cardíaco embrionário submetido a um gradiente de voltagem ou por ruptura da placenta secundária à vasoconstrição?

A ocorrência de acidentes elétricos como este felizmente raro é mais um motivo para exigir a notificação de todos os casos de lesões decorrentes da eletricidade.

Diagnóstico Positivo e Médico-Legal

As circunstâncias em que ocorre o choque elétrico são geralmente suficientemente claras para permitir um diagnóstico etiológico inequívoco. No entanto, este não é invariavelmente o caso, mesmo em ambientes industriais.

O diagnóstico de falha circulatória após choque elétrico é extremamente importante, uma vez que exige que os espectadores iniciem os primeiros socorros imediatos e básicos assim que a corrente for desligada. A parada respiratória na ausência de pulso é uma indicação absoluta para o início da massagem cardíaca e da respiração boca a boca. Anteriormente, só eram realizadas na presença de midríase (dilatação das pupilas), sinal diagnóstico de lesão cerebral aguda. A prática atual é, no entanto, iniciar essas intervenções assim que o pulso não for mais detectável.

Como a perda de consciência por fibrilação ventricular pode demorar alguns segundos para se desenvolver, as vítimas podem conseguir se distanciar do equipamento responsável pelo acidente. Isso pode ter alguma importância médico-legal - por exemplo, quando uma vítima de acidente é encontrada a vários metros de um gabinete elétrico ou outra fonte de tensão sem vestígios de lesão elétrica.

Nunca é demais enfatizar que a ausência de queimaduras elétricas não exclui a possibilidade de eletrocussão. Se a autópsia de indivíduos encontrados em ambientes elétricos ou perto de equipamentos capazes de desenvolver voltagens perigosas não revelar lesões Jelinek visíveis e nenhum sinal aparente de morte, a eletrocussão deve ser considerada.

Se o corpo for encontrado ao ar livre, chega-se ao diagnóstico de queda de raio pelo processo de eliminação. Sinais de queda de raio devem ser procurados em um raio de 50 metros do corpo. O Museu de Eletropatologia de Viena oferece uma exposição impressionante de tais sinais, incluindo vegetação carbonizada e areia vitrificada. Objetos de metal usados ​​pela vítima podem ser derretidos.

Embora o suicídio por meios elétricos permaneça felizmente raro na indústria, a morte por negligência contributiva continua sendo uma triste realidade. Isto é particularmente verdadeiro em locais fora do padrão, especialmente aqueles que envolvem a instalação e operação de instalações elétricas provisórias em condições exigentes.

Os acidentes elétricos não devem mais ocorrer, dada a disponibilidade de medidas preventivas eficazes descritas no artigo “Prevenção e Normas”.

 

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Segunda-feira, 28 fevereiro 2011 19: 25

Eletricidade estática

Todos os materiais diferem no grau em que as cargas elétricas podem passar através deles. Condutores permitir que as cargas fluam, enquanto isoladores impedir o movimento das cargas. A eletrostática é o campo dedicado ao estudo de cargas, ou corpos carregados em repouso. Eletricidade estática resulta quando cargas elétricas que não se movem são construídas em objetos. Se as cargas fluírem, haverá uma corrente e a eletricidade não será mais estática. A corrente que resulta de cargas em movimento é comumente referida pelos leigos como eletricidade e é discutida nos outros artigos deste capítulo. eletrificação estática é o termo usado para designar qualquer processo que resulte na separação de cargas elétricas positivas e negativas. A condução é medida com uma propriedade chamada condutância, enquanto um isolante é caracterizado por sua resistividade. A separação de carga que leva à eletrificação pode ocorrer como resultado de processos mecânicos - por exemplo, contato entre objetos e fricção ou colisão de duas superfícies. As superfícies podem ser dois sólidos ou um sólido e um líquido. O processo mecânico pode, menos comumente, ser a ruptura ou separação de superfícies sólidas ou líquidas. Este artigo enfoca contato e fricção.

Processos de Eletrificação

O fenômeno da geração de eletricidade estática por fricção (triboeletrificação) é conhecido há milhares de anos. O contato entre dois materiais é suficiente para induzir a eletrificação. O atrito é simplesmente um tipo de interação que aumenta a área de contato e gera calor—atrito é o termo geral para descrever o movimento de dois objetos em contato; a pressão exercida, sua velocidade de cisalhamento e o calor gerado são os principais determinantes da carga gerada pelo atrito. Às vezes, o atrito também leva ao rompimento de partículas sólidas.

Quando os dois sólidos em contato são metais (contato metal-metal), os elétrons migram de um para o outro. Cada metal é caracterizado por um potencial inicial diferente (potencial de Fermi), e a natureza sempre se move em direção ao equilíbrio - ou seja, os fenômenos naturais trabalham para eliminar as diferenças de potencial. Essa migração de elétrons resulta na geração de um potencial de contato. Como as cargas em um metal são muito móveis (metais são excelentes condutores), as cargas se recombinam até mesmo no último ponto de contato antes que os dois metais sejam separados. Portanto, é impossível induzir a eletrificação reunindo dois metais e depois separando-os; as cargas sempre fluirão para eliminar a diferença de potencial.

Quando um metal e um isolador entram em contato quase sem atrito no vácuo, o nível de energia dos elétrons no metal se aproxima daquele do isolante. As impurezas da superfície ou do volume causam isso e também evitam arcos (a descarga de eletricidade entre os dois corpos carregados - os eletrodos) após a separação. A carga transferida para o isolante é proporcional à afinidade eletrônica do metal, e todo isolante também tem uma afinidade eletrônica, ou atração por elétrons, associada a ele. Assim, também é possível a transferência de íons positivos ou negativos do isolante para o metal. A carga na superfície após contato e separação é descrita pela equação 1 na tabela 1.


Tabela 1. Relações básicas em eletrostática - Coleção de equações

Equação 1: Carregamento por contato de um metal e um isolante

Em geral, a densidade de carga superficial () após contato e separação 

pode ser expresso por:

onde

e é a carga de um elétron
NE é a densidade do estado de energia na superfície do isolador
fi é a afinidade eletrônica do isolante, e
fm é a afinidade eletrônica do metal

Equação 2: Carregamento após contato entre dois isoladores

A seguinte forma geral da equação 1 se aplica à transferência de carga
entre dois isoladores com diferentes estados de energia (somente superfícies perfeitamente limpas):

onde NE1 e NE2 são as densidades de estado de energia na superfície dos dois isoladores, 

e  Ø1 e Ø 2 são as afinidades eletrônicas dos dois isolantes.

Equação 3: Densidade máxima de carga superficial

A rigidez dielétrica (EG) do gás circundante impõe um limite superior na carga que é
possível gerar em uma superfície isolante plana. No ar, EG é de aproximadamente 3 MV/m.
A densidade máxima de carga superficial é dada por:

Equação 4: Carga máxima em uma partícula esférica

Quando partículas nominalmente esféricas são carregadas pelo efeito corona, o máximo
carga que cada partícula pode adquirir é dada pelo limite de Pauthenier:

onde

qmax é a carga máxima
a é o raio da partícula
eI é a permissividade relativa e

Equação 5: Descargas de condutores

O potencial de um condutor isolado carregando carga Q É dado por V = Q/C e
a energia armazenada por:

Equação 6: Decurso temporal do potencial do condutor carregado

Em um condutor carregado por uma corrente constante (IG), o curso do tempo
potencial é descrito por:

onde Rf é a resistência de vazamento do condutor

Equação 7: Potencial final do condutor carregado

Por longo curso de tempo, t >Rf C, isso se reduz a:

e a energia armazenada é dada por:

Equação 8: Energia armazenada do condutor carregado


Quando dois isoladores entram em contato, a transferência de carga ocorre devido aos diferentes estados de energia de sua superfície (equação 2, tabela 1). As cargas transferidas para a superfície de um isolador podem migrar mais profundamente dentro do material. A umidade e a contaminação da superfície podem modificar muito o comportamento das cargas. A umidade da superfície, em particular, aumenta as densidades do estado de energia da superfície, aumentando a condução da superfície, o que favorece a recombinação de cargas e facilita a mobilidade iônica. A maioria das pessoas reconhecerá isso em suas experiências de vida diária pelo fato de que elas tendem a ser submetidas à eletricidade estática durante condições secas. O teor de água de alguns polímeros (plásticos) mudará à medida que forem sendo carregados. O aumento ou diminuição do teor de água pode até inverter o sentido do fluxo de carga (sua polaridade).

A polaridade (positividade e negatividade relativa) de dois isoladores em contato entre si depende da afinidade eletrônica de cada material. Os isoladores podem ser classificados por suas afinidades eletrônicas, e alguns valores ilustrativos estão listados na tabela 2. A afinidade eletrônica de um isolador é uma consideração importante para programas de prevenção, que serão discutidos posteriormente neste artigo.

Tabela 2. Afinidades eletrônicas de polímeros selecionados*

cobrar

Material

Afinidade eletrônica (EV)

-

PVC (cloreto de polivinila)

4.85

 

Poliamida

4.36

 

policarbonato

4.26

 

PTFE (politetrafluoretileno)

4.26

 

PETP (tereftalato de polietileno)

4.25

 

Poliestireno

4.22

+

Poliamida

4.08

* Um material adquire uma carga positiva quando entra em contato com um material listado acima dele e uma carga negativa quando entra em contato com um material listado abaixo dele. Entretanto, a afinidade eletrônica de um isolante é multifatorial.

 

Embora tenha havido tentativas de estabelecer uma série triboelétrica que classificasse os materiais de modo que aqueles que adquirem uma carga positiva ao entrar em contato com os materiais aparecessem mais altos na série do que aqueles que adquirem uma carga negativa ao entrar em contato, nenhuma série universalmente reconhecida foi estabelecida.

Quando um sólido e um líquido se encontram (para formar um interface sólido-líquido), a transferência de carga ocorre devido à migração de íons que estão presentes no líquido. Esses íons surgem da dissociação de impurezas que podem estar presentes ou por reações eletroquímicas de oxidação-redução. Como, na prática, não existem líquidos perfeitamente puros, sempre haverá pelo menos alguns íons positivos e negativos no líquido disponíveis para se ligar à interface líquido-sólido. Existem muitos tipos de mecanismos pelos quais essa ligação pode ocorrer (por exemplo, aderência eletrostática a superfícies metálicas, absorção química, injeção eletrolítica, dissociação de grupos polares e, se a parede do vaso for isolante, reações líquido-sólido).

Como as substâncias que se dissolvem (dissociam) são eletricamente neutras para começar, elas gerarão números iguais de cargas positivas e negativas. A eletrificação ocorre apenas se as cargas positivas ou negativas aderirem preferencialmente à superfície do sólido. Se isso ocorrer, forma-se uma camada muito compacta, conhecida como camada de Helmholtz. Como a camada de Helmholtz é carregada, ela atrairá íons de polaridade oposta para ela. Esses íons se agruparão em uma camada mais difusa, conhecida como camada Gouy, que fica no topo da superfície da camada compacta de Helmholtz. A espessura da camada de Gouy aumenta com a resistividade do líquido. Líquidos condutores formam camadas Gouy muito finas.

Essa dupla camada se separará se o líquido fluir, com a camada de Helmholtz permanecendo ligada à interface e a camada de Gouy sendo arrastada pelo líquido que flui. O movimento dessas camadas carregadas produz uma diferença de potencial (o zeta potencial), e a corrente induzida pelas cargas em movimento é conhecida como corrente de transmissão. A quantidade de carga que se acumula no líquido depende da taxa na qual os íons se difundem em direção à interface e da resistividade do líquido (r). A corrente de fluxo é, no entanto, constante ao longo do tempo.

Nem líquidos altamente isolantes nem condutores ficarão carregados - o primeiro porque poucos íons estão presentes, e o segundo porque em líquidos que conduzem eletricidade muito bem, os íons se recombinam muito rapidamente. Na prática, a eletrificação ocorre apenas em líquidos com resistividade maior que 107Ωm ou menos de 1011Ωm, com os maiores valores observados para r 109 para 1011 Hum.

Líquidos fluindo irão induzir o acúmulo de carga nas superfícies isolantes sobre as quais eles fluem. A extensão em que a densidade de carga da superfície aumentará é limitada por (1) a rapidez com que os íons no líquido se recombinam na interface líquido-sólido, (2) a rapidez com que os íons no líquido são conduzidos através do isolador ou ( 3) se ocorre arco superficial ou a granel através do isolador e a carga é assim descarregada. O fluxo turbulento e o fluxo sobre superfícies rugosas favorecem a eletrificação.

Quando uma alta voltagem – digamos vários quilovolts – é aplicada a um corpo carregado (um eletrodo) que tem um raio pequeno (por exemplo, um fio), o campo elétrico nas imediações do corpo carregado é alto, mas diminui rapidamente com distância. Se houver descarga das cargas armazenadas, a descarga ficará limitada à região em que o campo elétrico é mais forte que a rigidez dielétrica da atmosfera circundante, fenômeno conhecido como efeito corona, pois o arco voltaico também emite luz. (As pessoas podem realmente ter visto pequenas faíscas formadas quando experimentaram pessoalmente um choque de eletricidade estática.)

A densidade de carga em uma superfície isolante também pode ser alterada pelos elétrons em movimento gerados por um campo elétrico de alta intensidade. Esses elétrons irão gerar íons de quaisquer moléculas de gás na atmosfera com as quais eles entram em contato. Quando a carga elétrica no corpo é positiva, o corpo carregado irá repelir quaisquer íons positivos que tenham sido criados. Os elétrons criados por objetos carregados negativamente perderão energia à medida que se afastam do eletrodo e se ligarão às moléculas de gás na atmosfera, formando assim íons negativos que continuam a se afastar dos pontos de carga. Esses íons positivos e negativos podem repousar em qualquer superfície isolante e modificarão a densidade de carga da superfície. Esse tipo de carga é muito mais fácil de controlar e mais uniforme do que as cargas criadas pelo atrito. Existem limites para a extensão das cobranças que é possível gerar dessa maneira. O limite é descrito matematicamente na equação 3 da tabela 1.

Para gerar cargas maiores, a rigidez dielétrica do ambiente deve ser aumentada, seja criando um vácuo ou metalizando a outra superfície do filme isolante. O último estratagema atrai o campo elétrico para o isolador e, consequentemente, reduz a intensidade do campo no gás circundante.

Quando um condutor em um campo elétrico Integridade e Excelência está aterrado (veja a figura 1), as cargas podem ser produzidas por indução. Nessas condições, o campo elétrico induz a polarização – a separação dos centros de gravidade dos íons negativos e positivos do condutor. Um condutor temporariamente aterrado em apenas um ponto carregará uma carga líquida quando desconectado do solo, devido à migração de cargas nas proximidades do ponto. Isso explica por que as partículas condutoras localizadas em um campo uniforme oscilam entre os eletrodos, carregando e descarregando a cada contato.

Figura 1. Mecanismo de carregamento de um condutor por indução

ELE030F1

Perigos Associados à Eletricidade Estática

Os efeitos nocivos causados ​​pelo acúmulo de eletricidade estática vão desde o desconforto que se sente ao tocar um objeto carregado, como a maçaneta de uma porta, até ferimentos muito graves, até mesmo fatais, que podem ocorrer devido a uma explosão induzida por eletricidade estática. O efeito fisiológico das descargas eletrostáticas em humanos varia de formigamento desconfortável a ações reflexas violentas. Esses efeitos são produzidos pela corrente de descarga e, principalmente, pela densidade de corrente na pele.

Neste artigo, descreveremos algumas maneiras práticas pelas quais superfícies e objetos podem se tornar carregados (eletrificação). Quando o campo elétrico induzido excede a capacidade do ambiente circundante de suportar a carga (isto é, excede a rigidez dielétrica do ambiente), ocorre uma descarga. (No ar, a rigidez dielétrica é descrita pela curva de Paschen e é uma função do produto da pressão e da distância entre os corpos carregados.)

As descargas disruptivas podem assumir as seguintes formas:

  • faíscas ou arcos que ligam dois corpos carregados (dois eletrodos de metal)
  • descargas parciais, ou em escova, que ligam um eletrodo de metal e um isolador, ou mesmo dois isoladores; essas descargas são denominadas parciais porque o caminho condutor não causa um curto-circuito total em dois eletrodos de metal, mas geralmente é múltiplo e semelhante a uma escova
  • descargas corona, também conhecidas como efeitos pontuais, que surgem no campo elétrico forte em torno de corpos ou eletrodos carregados de pequeno raio.

 

Condutores isolados têm uma capacitância líquida C em relação ao solo. Essa relação entre carga e potencial é expressa na equação 5 da tabela 1.

Uma pessoa usando sapatos isolantes é um exemplo comum de um condutor isolado. O corpo humano é um condutor eletrostático, com uma capacitância típica em relação ao terra de aproximadamente 150 pF e um potencial de até 30 kV. Como as pessoas podem ser condutores isolantes, elas podem experimentar descargas eletrostáticas, como a sensação mais ou menos dolorosa às vezes produzida quando uma mão se aproxima da maçaneta de uma porta ou de outro objeto de metal. Quando o potencial atinge aproximadamente 2 kV, será experimentado o equivalente a uma energia de 0.3 mJ, embora esse limite varie de pessoa para pessoa. Descargas mais fortes podem causar movimentos incontroláveis ​​resultando em quedas. No caso de trabalhadores que utilizam ferramentas, os movimentos reflexos involuntários podem levar a ferimentos na vítima e em outras pessoas que possam estar trabalhando nas proximidades. As equações 6 a 8 na tabela 1 descrevem o curso de tempo do potencial.

O arco real ocorrerá quando a força do campo elétrico induzido exceder a força dielétrica do ar. Devido à rápida migração de cargas nos condutores, essencialmente todas as cargas fluem para o ponto de descarga, liberando toda a energia armazenada em uma faísca. Isso pode ter sérias implicações ao trabalhar com substâncias inflamáveis ​​ou explosivas ou em condições inflamáveis.

A aproximação de um eletrodo aterrado a uma superfície isolante carregada modifica o campo elétrico e induz uma carga no eletrodo. À medida que as superfícies se aproximam, a intensidade do campo aumenta, eventualmente levando a uma descarga parcial da superfície isolada carregada. Como as cargas nas superfícies isolantes não são muito móveis, apenas uma pequena proporção da superfície participa da descarga, e a energia liberada por esse tipo de descarga é, portanto, muito menor do que em arcos.

A carga e a energia transferida parecem ser diretamente proporcionais ao diâmetro do eletrodo de metal, até aproximadamente 20 mm. A polaridade inicial do isolador também influencia a carga e a energia transferida. Descargas parciais de superfícies carregadas positivamente são menos energéticas do que as de cargas negativas. É impossível determinar, a priori, a energia transferida por uma descarga de uma superfície isolante, em contraste com a situação envolvendo superfícies condutoras. De fato, como a superfície isolante não é equipotencial, não é possível sequer definir as capacitâncias envolvidas.

Descarga Rastejante

Vimos na equação 3 (tabela 1) que a densidade de carga superficial de uma superfície isolante no ar não pode ultrapassar 2,660 pC/cm2.

Se considerarmos uma placa isolante ou um filme de espessura a, repousando sobre um eletrodo de metal ou tendo uma face de metal, é fácil demonstrar que o campo elétrico é atraído para o isolador pela carga induzida no eletrodo à medida que as cargas são depositadas na face não metálica. Como resultado, o campo elétrico no ar é muito fraco e menor do que seria se uma das faces não fosse de metal. Neste caso, a rigidez dielétrica do ar não limita o acúmulo de carga na superfície isolante, sendo possível atingir densidades de carga superficial muito altas (>2,660 pC/cm2). Esse acúmulo de carga aumenta a condutividade da superfície do isolador.

Quando um eletrodo se aproxima de uma superfície isolante, ocorre uma descarga lenta envolvendo uma grande proporção da superfície carregada que se tornou condutora. Devido às grandes áreas de superfície envolvidas, esse tipo de descarga libera grandes quantidades de energia. No caso de filmes, o campo de ar é muito fraco, e a distância entre o eletrodo e o filme não deve ser maior que a espessura do filme para que ocorra uma descarga. Uma descarga lenta também pode ocorrer quando um isolador carregado é separado de seu revestimento metálico. Nestas circunstâncias, o campo de ar aumenta abruptamente e toda a superfície do isolador descarrega para restabelecer o equilíbrio.

Descargas Eletrostáticas e Riscos de Incêndio e Explosão

Em atmosferas explosivas, reações de oxidação exotérmicas violentas, envolvendo transferência de energia para a atmosfera, podem ser desencadeadas por:

  • chamas abertas
  • faíscas elétricas
  • faíscas de radiofrequência perto de uma fonte de rádio forte
  • faíscas produzidas por colisões (por exemplo, entre metal e concreto)
  • descargas eletrostáticas.

 

Estamos interessados ​​aqui apenas no último caso. Os pontos de fulgor (a temperatura na qual os vapores líquidos inflamam em contato com uma chama nua) de vários líquidos e a temperatura de auto-ignição de vários vapores são fornecidos na Seção Química deste enciclopédia. O risco de incêndio associado a descargas eletrostáticas pode ser avaliado por referência ao limite inferior de inflamabilidade de gases, vapores e aerossóis sólidos ou líquidos. Este limite pode variar consideravelmente, como ilustra a tabela 3.

Tabela 3. Limites de inflamabilidade inferiores típicos

Quitação

Limitar

alguns pós

Vários joules

Aerossóis muito finos de enxofre e alumínio

Vários milijoules

Vapores de hidrocarbonetos e outros líquidos orgânicos

200 microjoules

Hidrogênio e acetileno

20 microjoules

Explosivos

1 microjoule

 

Uma mistura de ar e um gás ou vapor inflamável pode explodir somente quando a concentração da substância inflamável estiver entre seus limites explosivos superior e inferior. Dentro desta faixa, a energia mínima de ignição (MIE) - a energia que uma descarga eletrostática deve possuir para inflamar a mistura - é altamente dependente da concentração. Demonstrou-se consistentemente que a energia mínima de ignição depende da velocidade da liberação de energia e, por extensão, da duração da descarga. O raio do eletrodo também é um fator:

  • Eletrodos de pequeno diâmetro (da ordem de vários milímetros) resultam em descargas corona ao invés de faíscas.
  • Com eletrodos de diâmetro maior (da ordem de alguns centímetros), a massa do eletrodo serve para resfriar as faíscas.

 

Em geral, os MIEs mais baixos são obtidos com eletrodos que são grandes o suficiente para evitar descargas corona.

A MIE também depende da distância entre eletrodos, sendo menor na distância de têmpera (“distance de pincement”), distância na qual a energia produzida na zona de reação excede as perdas térmicas nos eletrodos. Foi demonstrado experimentalmente que cada substância inflamável possui uma distância máxima de segurança, correspondente à distância mínima entre eletrodos na qual pode ocorrer uma explosão. Para hidrocarbonetos, é inferior a 1 mm.

A probabilidade de explosão de pólvora depende da concentração, com a maior probabilidade associada a concentrações da ordem de 200 a 500 g/m3. O MIE também depende do tamanho da partícula, com pós mais finos explodindo mais facilmente. Tanto para gases quanto para aerossóis, o MIE diminui com a temperatura.

Exemplos Industriais

Muitos processos usados ​​rotineiramente para manuseio e transporte de produtos químicos geram cargas eletrostáticas. Esses incluem:

  • derramando pós de sacos
  • peneiramento
  • transporte em tubulações
  • agitação de líquidos, especialmente na presença de fases múltiplas, sólidos suspensos ou gotículas de líquidos não miscíveis
  • pulverização líquida ou nebulização.

 

As consequências da geração de carga eletrostática incluem problemas mecânicos, risco de descarga eletrostática para os operadores e, se forem usados ​​produtos que contenham solventes ou vapores inflamáveis, até explosão (consulte a tabela 4).

Tabela 4. Encargo específico associado a operações industriais selecionadas

Divisão de

Cobrança específica
(q/m) (C/kg)

Triagem

10-8 -10-11

Enchimento ou esvaziamento do silo

10-7 -10-9

Transporte por transportador sem-fim

10-6 -10-8

Esmerilhamento

10-6 -10-7

Micronização

10-4 -10-7

transporte pneumático

10-4 -10-6

 

Hidrocarbonetos líquidos, como óleo, querosene e muitos solventes comuns, têm duas características que os tornam particularmente sensíveis a problemas de eletricidade estática:

  • alta resistividade, o que lhes permite acumular altos níveis de cargas
  • vapores inflamáveis, que aumentam o risco de descargas de baixa energia provocando incêndios e explosões.

 

Cargas podem ser geradas durante o fluxo de transporte (por exemplo, através de tubulações, bombas ou válvulas). A passagem por filtros finos, como os usados ​​durante o enchimento de tanques de avião, pode resultar na geração de densidades de carga de várias centenas de microcoulombs por metro cúbico. A sedimentação de partículas e a geração de névoas ou espumas carregadas durante o enchimento de tanques também podem gerar cargas.

Entre 1953 e 1971, a eletricidade estática foi responsável por 35 incêndios e explosões durante ou após o enchimento de tanques de querosene, e ainda mais acidentes ocorreram durante o enchimento de tanques de caminhões. A presença de filtros ou respingos durante o enchimento (devido à geração de espumas ou névoas) foram os fatores de risco mais comumente identificados. Acidentes também ocorreram a bordo de petroleiros, principalmente durante a limpeza dos tanques.

Princípios de Prevenção de Eletricidade Estática

Todos os problemas relacionados à eletricidade estática derivam de:

  • geração de cargas elétricas
  • acúmulo dessas cargas em isoladores ou condutores isolados
  • campo elétrico produzido por essas cargas, que por sua vez resulta em uma força ou uma descarga disruptiva.

 

As medidas preventivas buscam evitar o acúmulo de cargas eletrostáticas, e a estratégia de escolha é evitar a geração de cargas elétricas em primeiro lugar. Se isso não for possível, devem ser implementadas medidas destinadas a aterrar as cobranças. Finalmente, se as descargas forem inevitáveis, os objetos sensíveis devem ser protegidos dos efeitos das descargas.

Supressão ou redução da geração de carga eletrostática

Esta é a primeira abordagem de prevenção eletrostática que deve ser realizada, pois é a única medida preventiva que elimina o problema na sua origem. No entanto, conforme discutido anteriormente, cargas são geradas sempre que dois materiais, pelo menos um dos quais é isolante, entram em contato e subsequentemente são separados. Na prática, a geração de carga pode ocorrer mesmo no contato e separação de um material consigo mesmo. Na verdade, a geração de carga envolve as camadas superficiais dos materiais. Como a menor diferença na umidade da superfície ou na contaminação da superfície resulta na geração de cargas estáticas, é impossível evitar completamente a geração de carga.

Para reduzir a quantidade de cargas geradas pelas superfícies que entram em contato:

  • Evite que os materiais entrem em contato uns com os outros se tiverem afinidades eletrônicas muito diferentes, ou seja, se estiverem muito distantes na série triboelétrica. Por exemplo, evite o contato entre vidro e Teflon (PTFE), ou entre PVC e poliamida (nylon) (ver tabela 2).
  • Reduza a taxa de fluxo entre os materiais. Isso reduz a velocidade de cisalhamento entre materiais sólidos. Por exemplo, pode-se reduzir a vazão da extrusão de filmes plásticos, da movimentação de materiais triturados em um transportador ou de líquidos em uma tubulação.

 

Não foram estabelecidos limites de segurança definitivos para taxas de fluxo. O padrão britânico BS-5958-Parte 2  Código de Prática para Controle de Eletricidade Estática Indesejável recomenda que o produto da velocidade (em metros por segundo) e o diâmetro do tubo (em metros) seja inferior a 0.38 para líquidos com condutividades inferiores a 5 pS/m (em pico-siemens por metro) e inferior a 0.5 para líquidos com condutividades acima de 5 pS/m. Este critério é válido apenas para líquidos monofásicos transportados a velocidades não superiores a 7 m/s.

Deve-se notar que a redução da velocidade de cisalhamento ou fluxo não apenas reduz a geração de carga, mas também ajuda a dissipar quaisquer cargas geradas. Isso ocorre porque velocidades de fluxo mais baixas resultam em tempos de residência maiores do que aqueles associados a zonas de relaxamento, onde as taxas de fluxo são reduzidas por estratégias como o aumento do diâmetro do tubo. Isso, por sua vez, aumenta o aterramento.

Aterramento da eletricidade estática

A regra básica da prevenção eletrostática é eliminar as diferenças de potencial entre os objetos. Isso pode ser feito conectando-os ou aterrando-os. Condutores isolados, no entanto, podem acumular cargas e, portanto, podem ficar carregados por indução, um fenômeno que é exclusivo deles. Descargas de condutores podem assumir a forma de faíscas perigosas e de alta energia.

Esta regra é consistente com as recomendações relativas à prevenção de choques elétricos, que também exigem que todas as partes metálicas acessíveis de equipamentos elétricos sejam aterradas conforme o padrão francês Instalações elétricas de baixa tensão (NFC 15-100). Para máxima segurança eletrostática, nossa preocupação aqui, esta regra deve ser generalizada para todos os elementos condutores. Isso inclui armações de mesa de metal, maçanetas de portas, componentes eletrônicos, tanques usados ​​nas indústrias químicas e chassis de veículos usados ​​para transportar hidrocarbonetos.

Do ponto de vista da segurança eletrostática, o mundo ideal seria aquele em que tudo fosse condutor e estivesse permanentemente aterrado, transferindo assim todas as cargas para a terra. Nessas circunstâncias, tudo seria permanentemente equipotencial e, consequentemente, o campo elétrico - e o risco de descarga - seria zero. No entanto, quase nunca é possível atingir esse ideal, pelos seguintes motivos:

  • Nem todos os produtos que devem ser manuseados são condutores, e muitos não podem ser tornados condutores pelo uso de aditivos. Produtos agrícolas e farmacêuticos e líquidos de alta pureza são exemplos disso.
  • As propriedades desejáveis ​​do produto final, como transparência óptica ou baixa condutividade térmica, podem impedir o uso de materiais condutores.
  • É impossível aterrar permanentemente equipamentos móveis, como carrinhos de metal, ferramentas eletrônicas sem fio, veículos e até mesmo operadores humanos.

 

Proteção contra descargas eletrostáticas

Deve-se ter em mente que esta seção trata apenas da proteção de equipamentos eletrostaticamente sensíveis contra descargas inevitáveis, redução da geração de carga e eliminação de cargas. A capacidade de proteger o equipamento não elimina a necessidade fundamental de prevenir o acúmulo de carga eletrostática em primeiro lugar.

Como ilustra a figura 2, todos os problemas eletrostáticos envolvem uma fonte de descarga eletrostática (o objeto inicialmente carregado), um alvo que recebe a descarga e o ambiente através do qual a descarga viaja (descarga dielétrica). Deve-se notar que tanto o alvo quanto o ambiente podem ser eletrostaticamente sensíveis. Alguns exemplos de elementos sensíveis estão listados na tabela 5.

Figura 2. Esquema do problema de descarga eletrostática

ELE030F2

Tabela 6. Exemplos de equipamentos sensíveis a descargas eletrostáticas

Elemento sensível

Exemplos

fonte

Um operador tocando uma maçaneta de porta ou o chassi de um carro A
Componente eletrônico carregado entrando em contato com um
objeto aterrado

Target

Componentes eletrônicos ou materiais em contato com um operador carregado

Meio Ambiente

Uma mistura explosiva inflamada por uma descarga eletrostática

 

Proteção dos trabalhadores

Os trabalhadores que tenham motivos para acreditar que ficaram eletricamente carregados (por exemplo, ao descer de um veículo em tempo seco ou caminhar com certos tipos de calçados), podem aplicar várias medidas de proteção, como as seguintes:

  • Reduza a densidade de corrente no nível da pele tocando um condutor aterrado com um pedaço de metal, como uma chave ou ferramenta.
  • Reduza o valor de pico da corrente descarregando para um objeto dissipador, se houver um disponível (uma mesa ou dispositivo especial, como uma pulseira protetora com resistência serial).

 

Proteção em atmosferas explosivas

Em atmosferas explosivas, é o próprio ambiente que é sensível a descargas eletrostáticas, e as descargas podem resultar em ignição ou explosão. A proteção nestes casos consiste na substituição do ar, seja por uma mistura gasosa cujo teor de oxigênio seja inferior ao limite inferior de explosividade, seja por um gás inerte, como o nitrogênio. O gás inerte tem sido utilizado em silos e em vasos de reação nas indústrias química e farmacêutica. Nesse caso, são necessárias precauções adequadas para garantir que os trabalhadores recebam um suprimento de ar adequado.

 

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Segunda-feira, 28 fevereiro 2011 19: 43

Prevenção e Padrões

Perigos e Medidas Preventivas em Instalações Elétricas

Os diversos componentes que compõem as instalações elétricas exibem diferentes graus de robustez. Independentemente de sua fragilidade inerente, no entanto, todos eles devem operar de forma confiável sob condições rigorosas. Infelizmente, mesmo nas melhores circunstâncias, o equipamento elétrico está sujeito a falhas que podem resultar em ferimentos ou danos materiais.

A operação segura de instalações elétricas é o resultado de um bom projeto inicial, não a mera adaptação de sistemas de segurança. Este é um corolário do fato de que enquanto a corrente flui na velocidade da luz, todos os sistemas eletromecânicos e eletrônicos exibem latências de reação, causadas principalmente pela inércia térmica, inércia mecânica e condições de manutenção. Essas latências, quaisquer que sejam suas origens, são suficientemente longas para permitir que humanos sejam feridos e equipamentos danificados (Lee, Capelli-Schellpfeffer e Kelly 1994; Lee, Cravalho e Burke 1992; Kane e Sternheim 1978).

É essencial que o equipamento seja instalado e mantido por pessoal qualificado. As medidas técnicas, deve-se enfatizar, são necessárias tanto para garantir a operação segura das instalações quanto para proteger pessoas e equipamentos.

Introdução aos riscos elétricos

A operação adequada das instalações elétricas exige que as máquinas, equipamentos e circuitos e linhas elétricas sejam protegidos contra riscos causados ​​por fatores internos (ou seja, decorrentes da instalação) e externos (Andreoni e Castagna 1983).

As causas internas incluem:

  • sobretensões
  • curto circuitos
  • modificação da forma de onda da corrente
  • indução
  • interferência
  • sobrecorrentes
  • corrosão, levando a vazamentos de corrente elétrica para o solo
  • aquecimento de materiais condutores e isolantes, o que pode resultar em queimaduras do operador, emissão de gases tóxicos, incêndio de componentes e, em atmosferas inflamáveis, explosões
  • vazamentos de fluidos isolantes, como óleo
  • geração de hidrogênio ou outros gases que podem levar à formação de misturas explosivas.

 

Cada combinação de equipamento de risco requer medidas de proteção específicas, algumas das quais são obrigatórias por lei ou regulamentos técnicos internos. Os fabricantes têm a responsabilidade de conhecer estratégias técnicas específicas capazes de reduzir os riscos.

As causas externas incluem:

  • fatores mecânicos (quedas, solavancos, vibração)
  • fatores físicos e químicos (radiação natural ou artificial, temperaturas extremas, óleos, líquidos corrosivos, umidade)
  • vento, gelo, relâmpago
  • vegetação (árvores e raízes, secas e úmidas)
  • animais (em ambientes urbanos e rurais); estes podem danificar o isolamento da linha de energia e, assim, causar curtos-circuitos ou contatos falsos

e por último mas não menos importante,

  • adultos e crianças descuidados, imprudentes ou ignorantes dos riscos e procedimentos operacionais.

 

Outras causas externas incluem interferência eletromagnética de fontes como linhas de alta tensão, receptores de rádio, máquinas de solda (capazes de gerar sobretensões transitórias) e solenóides.

As causas de problemas encontradas com mais frequência surgem de mau funcionamento ou fora do padrão:

  • equipamentos de proteção mecânica, térmica ou química
  • sistemas de ventilação, sistemas de resfriamento de máquinas, equipamentos, linhas ou circuitos
  • coordenação de isoladores usados ​​em diferentes partes da planta
  • coordenação de fusíveis e disjuntores automáticos.

 

Um único fusível ou disjuntor automático é incapaz de fornecer proteção adequada contra sobrecorrente em dois circuitos diferentes. Fusíveis ou disjuntores automáticos podem fornecer proteção contra falhas fase-neutro, mas a proteção contra falhas fase-terra requer disjuntores automáticos de corrente residual.

  • uso de relés de tensão e descarregadores para coordenar sistemas de proteção
  • sensores e componentes mecânicos ou elétricos nos sistemas de proteção da instalação
  • separação de circuitos em diferentes tensões (devem ser mantidos espaços de ar adequados entre os condutores; as conexões devem ser isoladas; os transformadores devem ser equipados com blindagens aterradas e proteção adequada contra sobretensão, e ter bobinas primárias e secundárias totalmente segregadas)
  • códigos de cores ou outras disposições adequadas para evitar erros de identificação de fios
  • confundir a fase ativa com um condutor neutro resulta na eletrificação dos componentes metálicos externos do equipamento
  • equipamento de proteção contra interferência eletromagnética.

 

Estes são particularmente importantes para instrumentação e linhas usadas para transmissão de dados ou troca de sinais de proteção e/ou controle. Folgas adequadas devem ser mantidas entre as linhas, ou filtros e blindagens devem ser usados. Cabos de fibra ótica às vezes são usados ​​para os casos mais críticos.

O risco associado às instalações elétricas aumenta quando o equipamento é submetido a condições operacionais severas, mais comumente como resultado de riscos elétricos em ambientes úmidos ou molhados.

As finas camadas condutoras de líquido que se formam em superfícies metálicas e isolantes em ambientes úmidos ou molhados criam novos, irregulares e perigosos caminhos de corrente. A infiltração de água reduz a eficiência do isolamento e, caso a água penetre no isolamento, pode causar fugas de corrente e curtos-circuitos. Esses efeitos não apenas danificam as instalações elétricas, mas aumentam muito os riscos humanos. Este fato justifica a necessidade de normas especiais para trabalhos em ambientes agressivos, como locais ao ar livre, instalações agrícolas, canteiros de obras, banheiros, minas e porões e alguns ambientes industriais.

Estão disponíveis equipamentos que fornecem proteção contra chuva, respingos laterais ou imersão total. Idealmente, o equipamento deve ser fechado, isolado e à prova de corrosão. Invólucros metálicos devem ser aterrados. O mecanismo de falha nesses ambientes úmidos é o mesmo observado em ambientes úmidos, mas os efeitos podem ser mais severos.

Riscos elétricos em atmosferas empoeiradas

Poeiras finas que entram em máquinas e equipamentos elétricos causam abrasão, principalmente nas partes móveis. Poeiras condutoras também podem causar curtos-circuitos, enquanto poeiras isolantes podem interromper o fluxo de corrente e aumentar a resistência de contato. Acúmulos de poeira fina ou grossa ao redor das caixas do equipamento são potenciais reservatórios de umidade e água. A poeira seca é um isolante térmico, reduzindo a dispersão de calor e aumentando a temperatura local; isso pode danificar os circuitos elétricos e causar incêndios ou explosões.

Os sistemas à prova de água e à prova de explosão devem ser instalados em locais industriais ou agrícolas onde são realizados processos empoeirados.

Riscos elétricos em atmosferas explosivas ou em locais que contenham materiais explosivos

Explosões, incluindo as de atmosferas contendo gases e poeiras explosivas, podem ser desencadeadas pela abertura e fechamento de circuitos elétricos energizados, ou por qualquer outro processo transitório capaz de gerar faíscas de energia suficiente.

Este perigo está presente em locais como:

  • minas e locais subterrâneos onde gases, especialmente metano, podem se acumular
  • indústrias químicas
  • salas de armazenamento de baterias de chumbo, onde o hidrogênio pode se acumular
  • a indústria alimentícia, onde pós orgânicos naturais podem ser gerados
  • a indústria de materiais sintéticos
  • metalurgia, especialmente a que envolve alumínio e magnésio.

 

Onde este perigo estiver presente, o número de circuitos e equipamentos elétricos deve ser minimizado – por exemplo, removendo motores elétricos e transformadores ou substituindo-os por equipamentos pneumáticos. Equipamentos elétricos que não podem ser removidos devem ser fechados, para evitar qualquer contato de gases e poeiras inflamáveis ​​com faíscas, e uma atmosfera de gás inerte de pressão positiva deve ser mantida dentro do gabinete. Invólucros à prova de explosão e cabos elétricos à prova de fogo devem ser usados ​​onde houver a possibilidade de explosão. Uma gama completa de equipamentos à prova de explosão foi desenvolvida para algumas indústrias de alto risco (por exemplo, as indústrias química e de petróleo).

Devido ao alto custo dos equipamentos à prova de explosão, as plantas são comumente divididas em zonas de risco elétrico. Nesta abordagem, equipamentos especiais são usados ​​em zonas de alto risco, enquanto uma certa quantidade de risco é aceita em outras. Vários critérios específicos da indústria e soluções técnicas foram desenvolvidos; isso geralmente envolve alguma combinação de aterramento, segregação de componentes e instalação de barreiras de zoneamento.

Potencial de compensação

Se todos os condutores, incluindo a terra, que podem ser tocados simultaneamente estivessem no mesmo potencial, não haveria perigo para os seres humanos. Os sistemas de ligação equipotenciais são uma tentativa de alcançar essa condição ideal (Andreoni e Castagna 1983; Lee, Cravalho e Burke 1992).

Na ligação equipotencial, todos os condutores expostos de equipamentos elétricos sem transmissão e todos os condutores estranhos acessíveis no mesmo local são conectados a um condutor aterrado de proteção. Deve-se lembrar que, embora os condutores de equipamentos não transmissores estejam inativos durante a operação normal, eles podem se tornar ativos após falha de isolamento. Ao diminuir a tensão de contato, a ligação equipotencial evita que os componentes metálicos atinjam tensões que são perigosas para humanos e equipamentos.

Na prática, pode ser necessário conectar a mesma máquina à rede equipotencial em mais de um ponto. Áreas de mau contato, devido, por exemplo, à presença de isolantes como lubrificantes e tintas, devem ser cuidadosamente identificadas. Da mesma forma, é uma boa prática conectar todas as tubulações de serviço locais e externas (por exemplo, água, gás e aquecimento) à rede de ligação equipotencial.

encalhe

Na maioria dos casos, é necessário minimizar a queda de tensão entre os condutores da instalação e a terra. Isso é feito conectando os condutores a um condutor de proteção aterrado.

Existem dois tipos de conexões de aterramento:

  • aterramentos funcionais - por exemplo, aterramento do condutor neutro de um sistema trifásico ou o ponto médio da bobina secundária de um transformador
  • motivos de proteção - por exemplo, aterrar todos os condutores de um equipamento. O objetivo deste tipo de aterramento é minimizar as tensões do condutor criando um caminho preferencial para correntes de falta, especialmente aquelas correntes que provavelmente afetam os seres humanos.

 

Sob condições normais de operação, nenhuma corrente flui através das conexões de aterramento. No entanto, em caso de ativação acidental do circuito, o fluxo de corrente através da conexão de aterramento de baixa resistência é alto o suficiente para derreter o fusível ou os condutores não aterrados.

A tensão máxima de falta em redes equipotenciais permitida pela maioria dos padrões é de 50 V para ambientes secos, 25 V para ambientes úmidos ou úmidos e 12 V para laboratórios médicos e outros ambientes de alto risco. Embora esses valores sejam apenas orientadores, deve-se ressaltar a necessidade de garantir o aterramento adequado nos locais de trabalho, espaços públicos e principalmente residências.

A eficiência do aterramento depende principalmente da existência de correntes de fuga à terra altas e estáveis, mas também de um acoplamento galvânico adequado da rede equipotencial e do diâmetro dos condutores que conduzem à rede. Devido à importância do vazamento no solo, ele deve ser avaliado com grande precisão.

As conexões de aterramento devem ser tão confiáveis ​​quanto as redes equipotenciais e seu bom funcionamento deve ser verificado regularmente.

À medida que a resistência da terra aumenta, o potencial do condutor de aterramento e da terra ao redor do condutor se aproxima do do circuito elétrico; no caso da terra ao redor do condutor, o potencial gerado é inversamente proporcional à distância do condutor. Para evitar tensões de passo perigosas, os condutores de aterramento devem ser devidamente blindados e colocados no solo em profundidades adequadas.

Como alternativa ao aterramento de equipamentos, as normas permitem o uso de equipamentos com isolamento duplo. Este equipamento, recomendado para uso em ambientes residenciais, minimiza a chance de falha de isolamento ao fornecer dois sistemas de isolamento separados. Não se pode confiar em equipamentos com isolamento duplo para proteção adequada contra falhas de interface, como aquelas associadas a plugues frouxos, mas energizados, uma vez que os padrões de plugues e tomadas de alguns países não abordam o uso de tais plugues.

Disjuntores

O método mais seguro de reduzir os riscos elétricos para pessoas e equipamentos é minimizar a duração da corrente de falha e o aumento da tensão, idealmente antes que a energia elétrica comece a aumentar. Os sistemas de proteção em equipamentos elétricos geralmente incorporam três relés: um relé de corrente residual para proteção contra falha no aterramento, um relé magnético e um relé térmico para proteção contra sobrecargas e curtos-circuitos.

Nos disjuntores de corrente residual, os condutores do circuito são enrolados em torno de um anel que detecta a soma vetorial das correntes que entram e saem do equipamento a ser protegido. A soma vetorial é igual a zero durante a operação normal, mas igual à corrente de fuga em caso de falha. Quando a corrente de fuga atinge o limite do disjuntor, o disjuntor é desarmado. Os disjuntores de corrente residual podem ser disparados por correntes tão baixas quanto 30 mA, com latências tão baixas quanto 30 ms.

A corrente máxima que pode ser transportada com segurança por um condutor é uma função de sua área de seção transversal, isolamento e instalação. O superaquecimento ocorrerá se a carga máxima segura for excedida ou se a dissipação de calor for limitada. Dispositivos de sobrecorrente, como fusíveis e disjuntores magnetotérmicos, interrompem automaticamente o circuito se ocorrer um fluxo excessivo de corrente, falhas de aterramento, sobrecarga ou curto-circuito. Os dispositivos de sobrecorrente devem interromper o fluxo de corrente quando esta exceder a capacidade do condutor.

A seleção de equipamentos de proteção capazes de proteger pessoas e equipamentos é uma das questões mais importantes no gerenciamento de instalações elétricas e deve levar em consideração não apenas a capacidade de condução de corrente dos condutores, mas também as características dos circuitos e dos equipamentos conectados a eles. eles.

Fusíveis ou disjuntores especiais de alta capacidade devem ser usados ​​em circuitos com cargas de corrente muito alta.

fusíveis

Vários tipos de fusíveis estão disponíveis, cada um projetado para uma aplicação específica. O uso do tipo errado de fusível ou de um fusível de capacidade errada pode causar ferimentos e danos ao equipamento. O uso excessivo frequentemente resulta em fiação ou equipamentos superaquecidos, o que, por sua vez, pode causar incêndios.

Antes de substituir os fusíveis, bloqueie, identifique e teste o circuito para verificar se o circuito está morto. O teste pode salvar vidas. Em seguida, identifique a causa de qualquer curto-circuito ou sobrecarga e substitua os fusíveis queimados por fusíveis do mesmo tipo e capacidade. Nunca insira fusíveis em um circuito energizado.

Disjuntores

Embora os disjuntores sejam usados ​​há muito tempo em circuitos de alta tensão com grandes capacidades de corrente, eles são cada vez mais usados ​​em muitos outros tipos de circuitos. Muitos tipos estão disponíveis, oferecendo opções de início imediato e retardado e operação manual ou automática.

Os disjuntores se enquadram em duas categorias gerais: térmicos e magnéticos.

Os disjuntores térmicos reagem apenas a um aumento de temperatura. As variações na temperatura ambiente do disjuntor irão, portanto, afetar o ponto em que o disjuntor é disparado.

Os disjuntores magnéticos, por outro lado, reagem apenas à quantidade de corrente que passa pelo circuito. Este tipo de disjuntor é preferível onde grandes flutuações de temperatura exigiriam sobredimensionamento do disjuntor, ou onde o disjuntor é freqüentemente desarmado.

No caso de contato com linhas que transportam cargas de alta corrente, os circuitos de proteção não podem evitar ferimentos pessoais ou danos ao equipamento, pois são projetados apenas para proteger linhas e sistemas de energia do excesso de fluxo de corrente causado por falhas.

Por causa da resistência do contato com a terra, a corrente que passa por um objeto em contato simultâneo com a linha e a terra geralmente será menor que a corrente de disparo. As correntes de falha que fluem através dos humanos podem ser ainda mais reduzidas pela resistência do corpo até o ponto em que não desarmam o disjuntor e, portanto, são extremamente perigosas. É virtualmente impossível projetar um sistema de energia que evite lesões ou danos a qualquer objeto que falhe nas linhas de energia enquanto permanece um sistema de transmissão de energia útil, pois os limites de disparo para os dispositivos de proteção de circuito relevantes estão bem acima do nível de risco humano.

Normas e regulamentos

A estrutura dos padrões e regulamentos internacionais é ilustrada na figura 1 (Winckler 1994). As linhas correspondem ao escopo geográfico das normas, seja mundial (internacional), continental (regional) ou nacional, enquanto as colunas correspondem aos campos de aplicação das normas. A IEC e a Organização Internacional de Padronização (ISO) compartilham uma estrutura guarda-chuva, o Joint Presidents Coordinating Group (JPCG); o equivalente europeu é o Joint Presidents Group (JPG).

Figura 1. A estrutura de normas e regulamentos internacionais

ELE040F1

Cada organismo de normalização realiza reuniões internacionais regulares. A composição dos vários órgãos reflete o desenvolvimento da padronização.

A Comitê europeu de normalização eletrotécnica (CENELEC) foi criado pelos comitês de engenharia elétrica dos países signatários do Tratado de Roma de 1957 que institui a Comunidade Econômica Européia. Os seis membros fundadores juntaram-se posteriormente aos membros da European Free Trade Association (EFTA), e o CENELEC em sua forma atual data de 13 de fevereiro de 1972.

Em contraste com a Comissão Eletrotécnica Internacional (IEC), o CENELEC se concentra na implementação de padrões internacionais nos países membros, e não na criação de novos padrões. É particularmente importante lembrar que, embora a adoção dos padrões IEC pelos países membros seja voluntária, a adoção dos padrões e regulamentos CENELEC é obrigatória na União Européia. Mais de 90% dos padrões CENELEC são derivados dos padrões IEC, e mais de 70% deles são idênticos. A influência do CENELEC também atraiu o interesse dos países do Leste Europeu, muitos dos quais se tornaram membros afiliados em 1991.

A International Association for Testing and Materials, precursora da ISO, como é conhecida hoje, foi fundada em 1886 e esteve ativa até a Primeira Guerra Mundial, após a qual deixou de funcionar como uma associação internacional. Algumas organizações nacionais, como a American Society for Testing and Materials (ASTM), sobreviveram. Em 1926, a International Standards Association (ISA) foi fundada em Nova York e esteve ativa até a Segunda Guerra Mundial. A ISA foi substituída em 1946 pela ISO, que é responsável por todos os campos, exceto engenharia elétrica e telecomunicações. o Comité europeu de normalização (CEN) é o equivalente europeu da ISO e tem a mesma função que a CENELEC, embora apenas 40% das normas CEN sejam derivadas das normas ISO.

A atual onda de consolidação econômica internacional cria a necessidade de bases de dados técnicas comuns no campo da padronização. Este processo está atualmente em curso em várias partes do mundo, e é provável que surjam novos organismos de normalização fora da Europa. A CANENA é um órgão regional de padronização criado pelos países do Acordo de Livre Comércio da América do Norte (NAFTA) (Canadá, México e Estados Unidos). A fiação das instalações nos EUA é regida pelo Código Elétrico Nacional, ANSI/NFPA 70-1996. Este Código também está em uso em vários outros países da América do Norte e do Sul. Ele fornece requisitos de instalação para instalações de fiação local além do ponto de conexão com o sistema de energia elétrica. Abrange a instalação de condutores e equipamentos elétricos dentro ou sobre edifícios públicos e privados, incluindo casas móveis, veículos recreativos e edifícios flutuantes, pátios de estocagem, parques de diversões, estacionamentos e outros lotes e subestações industriais. Ele não cobre instalações em navios ou embarcações que não sejam edifícios flutuantes - paradas ferroviárias, aeronaves ou veículos automotores. O Código Elétrico Nacional também não se aplica a outras áreas que são normalmente reguladas pelo Código Nacional de Segurança Elétrica, como instalações de equipamentos utilitários de comunicação e instalações elétricas.

Normas europeias e americanas para a operação de instalações elétricas

A Norma Europeia EN 50110-1, Operação de Instalações Elétricas (1994a) preparado pelo CENELEC Task Force 63-3, é o documento básico que se aplica à operação e atividades de trabalho em, com ou perto de instalações elétricas. A norma define os requisitos mínimos para todos os países CENELEC; padrões nacionais adicionais são descritos em subpartes separadas do padrão (EN 50110-2).

A norma se aplica a instalações projetadas para geração, transmissão, conversão, distribuição e uso de energia elétrica, e operando em níveis de tensão comumente encontrados. Embora as instalações típicas operem em baixas tensões, o padrão também se aplica a instalações de extrabaixa e alta tensão. As instalações podem ser permanentes e fixas (por exemplo, instalações de distribuição em fábricas ou complexos de escritórios) ou móveis.

Os procedimentos seguros de operação e manutenção para trabalhos em ou perto de instalações elétricas são definidos na norma. As atividades de trabalho aplicáveis ​​incluem trabalho não elétrico, como construção perto de linhas aéreas ou cabos subterrâneos, além de todos os tipos de trabalho elétrico. Certas instalações elétricas, como as de bordo de aeronaves e navios, não estão sujeitas à norma.

O padrão equivalente nos Estados Unidos é o National Electrical Safety Code (NESC), American National Standards Institute (1990). O NESC se aplica a instalações e funções de utilidade desde o ponto de geração de eletricidade e sinais de comunicação, através da rede de transmissão, até o ponto de entrega nas instalações do cliente. Certas instalações, incluindo aquelas em minas e navios, não estão sujeitas ao NESC. As diretrizes do NESC são projetadas para garantir a segurança dos trabalhadores envolvidos na instalação, operação ou manutenção de fornecimento de energia elétrica e linhas de comunicação e equipamentos associados. Estas diretrizes constituem o padrão mínimo aceitável para segurança ocupacional e pública sob as condições especificadas. O código não pretende ser uma especificação de projeto ou um manual de instruções. Formalmente, o NESC deve ser considerado como um código de segurança nacional aplicável aos Estados Unidos.

As extensas regras dos padrões europeus e americanos fornecem o desempenho seguro do trabalho em instalações elétricas.

O padrão europeu (1994a)

Definições

A norma fornece definições apenas para os termos mais comuns; mais informações estão disponíveis na Comissão Eletrotécnica Internacional (1979). Para efeitos desta norma, entende-se por instalação elétrica todos os equipamentos envolvidos na geração, transmissão, conversão, distribuição e utilização de energia elétrica. Isso inclui todas as fontes de energia, incluindo baterias e capacitores (ENEL 1994; EDF-GDF 1991).

Princípios básicos

Operação segura: O princípio básico do trabalho seguro em, com ou perto de uma instalação elétrica é a necessidade de avaliar o risco elétrico antes de iniciar o trabalho.

Pessoal: De nada valem as melhores regras e procedimentos de trabalho em, com ou perto de instalações elétricas se os trabalhadores não as conhecerem completamente e não as cumprirem rigorosamente. Todo o pessoal envolvido no trabalho em, com ou perto de uma instalação elétrica deve ser instruído sobre os requisitos de segurança, regras de segurança e políticas da empresa aplicáveis ​​ao seu trabalho. Quando o trabalho for longo ou complexo, esta instrução deve ser repetida. Os trabalhadores devem cumprir estes requisitos, regras e instruções.

Organização: Cada instalação elétrica deve ser colocada sob a responsabilidade da pessoa designada no controle da instalação elétrica. Nos casos de empreendimentos que envolvam mais de uma instalação, é essencial que as pessoas designadas para o controle de cada instalação cooperem entre si.

Cada atividade de trabalho deve ser de responsabilidade da pessoa designada no controle do trabalho. Quando o trabalho compreender subtarefas, serão designadas pessoas responsáveis ​​pela segurança de cada subtarefa, cada uma subordinada ao coordenador. A mesma pessoa pode atuar como a pessoa designada no controle do trabalho e a pessoa designada no controle da instalação elétrica.

Comunicação: Isso inclui todos os meios de transmissão de informações entre pessoas, ou seja, palavra falada (incluindo telefones, rádio e fala), escrita (incluindo fax) e meios visuais (incluindo painéis de instrumentos, vídeo, sinais e luzes).

Notificação formal de todas as informações necessárias para a operação segura da instalação elétrica, por exemplo, arranjos de rede, status do painel e a posição dos dispositivos de segurança, deve ser dada.

Site de Trabalho: Espaço de trabalho, acesso e iluminação adequados devem ser fornecidos nas instalações elétricas, com ou perto das quais qualquer trabalho será realizado.

Ferramentas, equipamentos e procedimentos: As ferramentas, equipamentos e procedimentos devem cumprir os requisitos das normas europeias, nacionais e internacionais aplicáveis, caso existam.

Desenhos e relatórios: Os desenhos e relatórios da instalação devem estar atualizados e prontamente disponíveis.

Sinalização: A sinalização adequada chamando a atenção para perigos específicos deve ser exibida conforme necessário quando a instalação estiver operando e durante qualquer trabalho.

Procedimentos operacionais padrão

Atividades operacionais: As atividades operacionais são projetadas para alterar o estado elétrico de uma instalação elétrica. Existem dois tipos:

  • operações destinadas a modificar o estado elétrico de uma instalação elétrica, por exemplo, para usar equipamentos, conectar, desconectar, iniciar ou parar uma instalação ou seção de uma instalação para realizar trabalhos. Essas atividades podem ser realizadas localmente ou por controle remoto.
  • desconectar antes ou reconectar após o trabalho parado, a ser realizado por trabalhadores qualificados ou treinados.

 

Verificações funcionais: Isso inclui procedimentos de medição, teste e inspeção.

A medição é definida como toda a gama de atividades usadas para coletar dados físicos em instalações elétricas. A medição deve ser realizada por profissionais qualificados.

O teste inclui todas as atividades destinadas a verificar a operação ou condição elétrica, mecânica ou térmica de uma instalação elétrica. Os testes devem ser realizados por trabalhadores qualificados.

A inspeção é a verificação de que uma instalação elétrica está em conformidade com os regulamentos técnicos e de segurança especificados aplicáveis.

procedimentos de trabalho

Geral: A pessoa designada para o controle da instalação elétrica e a pessoa designada para o controle do trabalho devem garantir que os trabalhadores recebam instruções específicas e detalhadas antes de iniciar o trabalho e após sua conclusão.

Antes do início do trabalho, a pessoa designada no controle do trabalho deve notificar a pessoa designada no controle da instalação elétrica da natureza, local e consequências para a instalação elétrica do trabalho pretendido. Esta notificação deverá ser feita preferencialmente por escrito, principalmente quando o trabalho for complexo.

As atividades de trabalho podem ser divididas em três categorias: trabalho morto, trabalho ao vivo e trabalho nas proximidades de instalações vivas. Para cada tipo de trabalho foram desenvolvidas medidas de proteção contra choques elétricos, curtos-circuitos e arcos elétricos.

Indução: As seguintes precauções devem ser tomadas ao trabalhar em linhas elétricas sujeitas a indução de corrente:

  • aterramento em intervalos apropriados; isso reduz o potencial entre condutores e terra para um nível seguro
  • ligação equipotencial da obra; isso evita que os trabalhadores se introduzam no circuito de indução.

 

Condições do tempo: Quando um raio for visto ou um trovão for ouvido, nenhum trabalho deve ser iniciado ou continuado em instalações externas ou em instalações internas conectadas diretamente a linhas aéreas.

trabalhando duro

As seguintes práticas básicas de trabalho garantirão que as instalações elétricas no local de trabalho permaneçam inativas durante o trabalho. A menos que haja contra-indicações claras, as práticas devem ser aplicadas na ordem listada.

Desconexão completa: A seção da instalação na qual o trabalho será realizado deve ser isolada de todas as fontes de alimentação elétrica e protegida contra reconexão.

Proteção contra reconexão: Todos os dispositivos de corte utilizados para isolar a instalação elétrica para a obra devem ser bloqueados, preferencialmente através do bloqueio do mecanismo de operação.

Verificação de que a instalação está morta: A ausência de corrente deve ser verificada em todos os pólos da instalação elétrica no local de trabalho ou o mais próximo possível dele.

Aterramento e curto-circuito: Em todos os locais de trabalho de alta e baixa tensão, todas as peças a serem trabalhadas devem ser aterradas e curto-circuitadas após serem desconectadas. Os sistemas de aterramento e curto-circuito devem ser conectados primeiro à terra; os componentes a serem aterrados devem ser conectados ao sistema somente após este ter sido aterrado. Na medida do possível, os sistemas de aterramento e curto-circuito devem ser visíveis do local de trabalho. As instalações de baixa e alta tensão têm seus próprios requisitos específicos. Nesses tipos de instalação, todos os lados dos canteiros de obras e todos os condutores que entram no local devem ser aterrados e curto-circuitados.

Proteção contra partes energizadas adjacentes: Medidas de proteção adicionais são necessárias se as partes de uma instalação elétrica nas proximidades do local de trabalho não puderem ser protegidas. Os trabalhadores não devem iniciar o trabalho antes de receberem autorização da pessoa designada para o comando da obra, que por sua vez deve receber autorização da pessoa designada para o comando da instalação elétrica. Uma vez concluído o trabalho, os trabalhadores devem deixar o local de trabalho, as ferramentas e equipamentos devem ser armazenados e os sistemas de aterramento e curto-circuito removidos. A pessoa designada no controle do trabalho deve notificar a pessoa designada no controle da instalação elétrica de que a instalação está disponível para reconexão.

Trabalho ao vivo

Geral: O trabalho vivo é o trabalho realizado dentro de uma zona na qual há fluxo de corrente. Orientações para as dimensões da zona de trabalho sob tensão podem ser encontradas na norma EN 50179. Medidas de proteção projetadas para evitar choques elétricos, arcos e curtos-circuitos devem ser aplicadas.

Formação e qualificação: Programas de treinamento específicos devem ser estabelecidos para desenvolver e manter a capacidade de trabalhadores qualificados ou treinados para realizar trabalhos ao vivo. Após a conclusão do programa, os trabalhadores receberão uma classificação de qualificação e autorização para realizar trabalhos sob tensão específicos em tensões específicas.

Manutenção das qualificações: A capacidade de realizar trabalho ao vivo deve ser mantida pela prática ou por um novo treinamento.

Técnicas de trabalho: Atualmente, existem três técnicas reconhecidas, que se distinguem pela sua aplicabilidade a diferentes tipos de partes vivas e pelos equipamentos necessários para evitar choques elétricos, arcos elétricos e curtos-circuitos:

  • trabalho de vara quente
  • trabalho com luvas isolantes
  • trabalho de mãos nuas.

 

Cada técnica requer preparação, equipamentos e ferramentas diferentes, e a seleção da técnica mais adequada dependerá das características do trabalho em questão.

Ferramentas e equipamentos: Devem ser especificadas as características, armazenamento, manutenção, transporte e inspeção de ferramentas, equipamentos e sistemas.

Condições do tempo: As restrições se aplicam ao trabalho ao vivo em condições climáticas adversas, uma vez que as propriedades isolantes, a visibilidade e a mobilidade do trabalhador são reduzidas.

Organização do trabalho: O trabalho deve ser adequadamente preparado; preparação escrita deve ser apresentada com antecedência para trabalhos complexos. A instalação em geral e, em particular, o troço onde se vão realizar os trabalhos, devem ser mantidos em condições compatíveis com a preparação exigida. A pessoa designada no controle do trabalho deve informar a pessoa designada no controle da instalação elétrica sobre a natureza do trabalho, o local na instalação em que o trabalho será executado e a duração estimada do trabalho. Antes do início do trabalho, os trabalhadores devem ter a natureza do trabalho, as medidas de segurança relevantes, o papel de cada trabalhador e as ferramentas e equipamentos a serem utilizados.

Existem práticas específicas para instalações de extrabaixa tensão, baixa tensão e alta tensão.

Trabalho nas proximidades de peças vivas

Geral: O trabalho nas proximidades de partes energizadas com tensões nominais acima de 50 VAC ou 120 VDC deve ser realizado somente quando medidas de segurança tiverem sido aplicadas para garantir que as partes energizadas não possam ser tocadas ou que a zona energizada não possa ser acessada. Telas, barreiras, invólucros ou coberturas isolantes podem ser utilizadas para este fim.

Antes do início do trabalho, a pessoa designada no controle do trabalho deve instruir os trabalhadores, especialmente aqueles que não estão familiarizados com o trabalho nas proximidades de partes energizadas, sobre as distâncias de segurança a serem observadas no local de trabalho, as principais práticas de segurança a serem seguidas e as necessidade de comportamento que garanta a segurança de toda a equipe de trabalho. Os limites do local de trabalho devem ser definidos e marcados com precisão e deve-se chamar a atenção para condições de trabalho incomuns. Essas informações devem ser repetidas conforme necessário, principalmente após mudanças nas condições de trabalho.

Os trabalhadores devem garantir que nenhuma parte de seu corpo ou qualquer objeto entre na zona viva. Cuidado especial deve ser tomado ao manusear objetos longos, por exemplo, ferramentas, pontas de cabos, tubos e escadas.

Proteção por telas, barreiras, invólucros ou coberturas isolantes: A seleção e instalação desses dispositivos de proteção devem garantir proteção suficiente contra estressores elétricos e mecânicos previsíveis. O equipamento deve ser adequadamente mantido e mantido seguro durante o trabalho.

Manutenção

Geral: O objetivo da manutenção é manter a instalação elétrica nas condições exigidas. A manutenção pode ser preventiva (ou seja, realizada regularmente para evitar quebras e manter o equipamento em funcionamento) ou corretiva (ou seja, realizada para substituir peças defeituosas).

O trabalho de manutenção pode ser dividido em duas categorias de risco:

  • trabalhos que envolvam risco de choque elétrico, onde devem ser seguidos os procedimentos aplicáveis ​​ao trabalho sob tensão e trabalhos nas proximidades de partes energizadas
  • trabalho em que o projeto do equipamento permite que algum trabalho de manutenção seja realizado na ausência de procedimentos completos de trabalho ao vivo

 

Pessoal: O pessoal encarregado de executar o trabalho deve ser adequadamente qualificado ou treinado e deve receber ferramentas e dispositivos de medição e teste adequados.

Trabalho de reparação: O trabalho de reparo consiste nas seguintes etapas: localização da falha; retificação de falhas e/ou substituição de componentes; recomissionamento da seção reparada da instalação. Cada uma dessas etapas pode exigir procedimentos específicos.

Trabalho de substituição: Em geral, a substituição do fusível em instalações de alta tensão deve ser realizada como trabalho morto. A substituição do fusível deve ser realizada por trabalhadores qualificados seguindo os procedimentos de trabalho apropriados. A substituição de lâmpadas e peças removíveis, como starters, deve ser realizada como trabalho morto. Em instalações de alta tensão, os procedimentos de reparo também se aplicam aos trabalhos de substituição.

Treinamento de Pessoal sobre Riscos Elétricos

A organização eficaz do trabalho e o treinamento em segurança são elementos-chave em todas as organizações, programas de prevenção e programas de saúde e segurança ocupacional bem-sucedidos. Os trabalhadores devem ter treinamento adequado para realizar seus trabalhos com segurança e eficiência.

A responsabilidade pela implementação do treinamento dos funcionários é da gerência. A administração deve reconhecer que os funcionários devem desempenhar em um determinado nível antes que a organização possa atingir seus objetivos. Para atingir estes níveis, devem ser estabelecidas políticas de formação dos trabalhadores e, por extensão, programas concretos de formação. Os programas devem incluir fases de treinamento e qualificação.

Os programas de trabalho ao vivo devem incluir os seguintes elementos:

Treinamento: Em alguns países, programas e instalações de treinamento devem ser formalmente aprovados por um comitê de trabalho ao vivo ou órgão similar. Os programas são baseados principalmente na experiência prática, complementada por instrução técnica. O treinamento assume a forma de trabalho prático em instalações modelo internas ou externas semelhantes àquelas nas quais o trabalho real deve ser realizado.

Qualificações: Os procedimentos de trabalho ao vivo são muito exigentes e é essencial usar a pessoa certa no lugar certo. Isso é mais facilmente alcançado se pessoal qualificado de diferentes níveis de habilidade estiver disponível. A pessoa designada para o controle do trabalho deve ser um trabalhador qualificado. Quando a supervisão for necessária, ela também deve ser realizada por uma pessoa qualificada. Os trabalhadores devem trabalhar apenas em instalações cuja tensão e complexidade correspondam ao seu nível de qualificação ou treinamento. Em alguns países, a qualificação é regulada por normas nacionais.

Finalmente, os trabalhadores devem ser instruídos e treinados em técnicas essenciais para salvar vidas. O leitor deve consultar o capítulo sobre primeiros socorros para maiores informações.

 

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