Parte 2 – Recargas e Ambientes com Geração Distribuída

Por Maria Chies

Continuando nossa série desse mês de agosto, outro ponto importante na análise de riscos e estudos de efeitos térmicos de arcos elétricos está no sistema externo ao veículo elétrico ou híbrido – o sistema elétrico de recarga.

A infraestrutura de recarga para veículos elétricos está se expandindo globalmente, abrangendo desde residências até postos rápidos com potências superiores a 350 kW por veículo, conforme a instalação. Esses sistemas operam com circuitos AC e DC, e muitos utilizam fontes de energia alternativa, como a energia fotovoltaica, que faz uso de baterias e inversores – conversores DC – AC. Isso cria ambientes complexos, onde os riscos de arcos elétricos se tornam multidimensionais.

E como considerar a proteção térmica contra arcos elétricos nesses cenários?

Vamos explorar mais esse tema que é a tendência das operações elétricas em todo o mundo…

Tipos de Instalações de Recarga

Podemos considerar 4 tipos de instalações mais comuns para recarga para veículos elétricos e híbridos em todo o mundo:

• Domésticas: Normalmente até 7 kW em 220/240 V AC

• Comerciais: De 11 até 22 kW em 380/400 V trifásico

• Rápidas: de 50 a 350 kW em corrente contínua (DCFC – Direct Current Fast Charging)

• Postos com energia solar: incluem painéis fotovoltaicos, inversores, bancos de baterias e sistemas de controle

Cada um desses cenários pode apresentar riscos de arco elétrico tanto em corrente alternada – AC como em corrente contínua – DC, principalmente durante falhas operacionais ou manutenções, conforme afirma o especialista da Tyndale Scott Margolin

Fontes de Risco de Arco Elétrico

As causas do arco elétrico em sistemas de carregamentos são semelhantes às de outros sistemas. Falhas mecânicas, equipamentos defeituosos, manutenção inadequada e erro humano são os principais responsáveis.

Algumas das fontes de risco relacionados a arcos elétricos em sistema de recarga de veículos disponíveis na literatura atual apontam os seguintes destaques:

• Falhas nos conectores e cabos de recarga

• Inversores e conversores de potência com falhas de isolamento

• Bancos de baterias em flutuação ou em ciclo de carga/descarga

• Curtos-circuitos em painéis fotovoltaicos e strings DC

• Ambientes úmidos ou exposição à poeira condutiva

No sentido de se avaliar a proteção adequada para os trabalhadores destes setores muito recentes na economia global, há um grande desafio, realizar uma análise de riscos para arcos elétricos de maneira distinta de uma análise de riscos para eventos como incêndio e explosões.

É importante destacar que já existe um problema significativo de subnotificação ou classificação incorreta dos arcos elétricos, pois os incidentes muitas vezes são registrados como explosões ou incêndios.

Na verdade, o arco elétrico pode ser o precursor dos demais eventos, mas deve-se tomar muito cuidado para não confundir a seleção de EPI dessa categoria muito específica de risco elétrico com as demais, onde a efetividade da proteção pode ser comprometida gravemente pois não há previsão de suportabilidade para tais casos. É um tema a ser estudado com muito critério e muito cuidado.

Como abordamos em nosso primeiro artigo de agosto, os tecidos e as vestimentas de proteção térmica contra arcos elétricos e mesmo fogo repentino, não são apropriadas para combate a incêndio, e nesse sentido, a análise de riscos deve levar diversos fatores em consideração, como condições de trabalho apropriadas, rotas de fuga e treinamento para as reações imediatas em caso de um arco elétrico evoluir rapidamente para uma condição de incêndio e sucessiva explosão.

Um estudo aprofundado nesse sentido deve ser realizado em conjunto com os provedores de equipamentos elétricos, pois a junção de diferentes perigos deve ser levada em conta, e um cenário realista deve ser colocado na análise, para que os trabalhos não sejam inviabilizados, mas garantam prioritariamente a segurança do trabalhador.

Como em todo processo de análise e gerenciamento de riscos, é fundamental mitigar os efeitos danosos, e nesse caso ele se torna ainda mais complexos. A falta de documentos normativos nesse sentido, é uma barreira técnica que precisa ganhar protagonismo nacional e internacional.

Considerações sobre as proteções contra arcos elétricos em Corrente Contínua

A proteção contra arcos elétricos em circuitos em corrente contínua (DC) apresenta desafios técnicos mais complexos do que os encontrados em circuitos de corrente alternada (AC), principalmente quando se trata de interrupção de corrente de falha e detecção dos arcos elétricos.

Esse fator impacta diretamente a análise de riscos em sistemas DC, pois as configurações das proteções e o fato dos arcos DC terem um processo de extinção mais complexo, onde não há passagem por zero – como ocorre nos circuitos AC – podendo agravar os perigos térmicos pela exposição contínua, o que em um mesmo período de tempo, para uma mesma corrente e mesma distância entre eletrodos, pode representar uma energia significativamente maior.

Desta forma a seleção de um tecido neste cenário complexo deve levar em conta os diferentes cenários e suas sobreposições – arcos elétricos entre os sistemas AC e DC.

EPIs para Instalações de Recarga: Cenários Complexos

Da mesma forma que nos procedimentos de manutenção dos veículos elétricos ou híbridos, há uma tendência em se tentar padronizar uma vestimenta de proteção térmica de alta resistência ao arco elétrico (normalmente ATPV ≥ 40 cal/cm²). Parte dessa premissa esta embasada no potencial de explosão e incêndio nos veículos elétricos, o que pode levar a uma aplicação incorreta dos EPIs para proteção contra arcos elétricos em condições inapropriadas para seu fim designado, conforme já abordamos anteriormente.

A dificuldade em se quantificar a energia incidente e também em abranger cenários complexos numa análise de riscos, torna o desafio ainda maior, mas os processos vêm evoluindo e algumas dúvidas começa a ser sanadas. Dentre elas, como abordado em nosso primeiro artigo, a adequação dos tecidos de proteção térmica nos cenários AC e DC demonstram eficácia de proteção térmica contra arcos elétricos.

Os desafios na seleção em normas internacionais como a NFPA 70E ainda não tem um foco nessas tecnologias, mas à medida que os estudos e pesquisas avançam nesse sentido, é possível esperar novidades na normalização técnica, o que pode melhorar os processos de análise de riscos e desenvolvimento da proteção individual.

Mas pode ocorrer o arco elétrico e a explosão simultaneamente?

É uma probabilidade a ser considerada no desenvolvimento da proteção, mas nesse caso será necessário desenvolver procedimentos e recursos de segurança, pois se as vestimentas de proteção térmica contra arco elétrico não são indicadas para combate a incêndio, elas também não são indicadas para trabalho com explosivos!

É necessário um estudo aprofundado no tema, ele evidentemente não tem soluções simples, e se perigos ocorrem com simultaneidade, soluções tecnológicas devem ser adotadas e não podem ser amparadas somente na proteção individual, reconhecida como última barreira na hierarquia da segurança.

Um caminho a ser trilhado na proteção

O avanço da mobilidade elétrica exige uma nova mentalidade de segurança para além dos veículos. A instalação de infraestrutura de recarga, em especial com geração distribuída, traz riscos significativos de arco elétrico, tanto em AC quanto DC. Esse cenário impacta fortemente a elaboração de uma análise de riscos apropriada e realista.

Na seleção dos tecidos de proteção térmica de sua vestimenta, é importante ser conservador, no entanto a avaliação específica de cada risco deve ser levada em conta, e quando um perigo puder ser o precursor ou desencadear outros perigos em série, a seleção de uma proteção apropriada e ergonomicamente viável será ainda mais desafiadora.

Espero que tenha aproveitado nossos artigos deste mês! Continue conectado pois sempre trazemos novidades por aqui… até a próxima!

Referências

1. International Electrotechnical Commission (IEC). IEC 60364-7-712 – Low-voltage electrical installations – Part 7-712: Requirements for special installations or locations – Solar photovoltaic (PV) power supply systems. Geneva: IEC, 2017.

2. Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). ABNT NBR 16274: Instalações elétricas de sistemas fotovoltaicos – Requisitos de projeto. Rio de Janeiro: ABNT, 2014.

3. Underwriters Laboratories (UL). UL 9540: Standard for Energy Storage Systems and Equipment. Northbrook, IL: UL Standards, 2020.

4. International Energy Agency (IEA). EV Charging Infrastructure: Safety and Standardization. Paris: IEA, 2023. Disponível em: https://www.iea.org

5. CENELEC (European Committee for Electrotechnical Standardization). CENELEC Technical Specification TS 50539-12 – Requirements for the detection and interruption of DC arcs in photovoltaic systems. Brussels: CENELEC, 2013.

6. SolarPower Europe. Safety in Solar PV Installations – Guidelines and Best Practices. Brussels: SolarPower Europe, 2022. Disponível em: https://www.solarpowereurope.org