Arco Eletrico

ARCO ELÉTRICO

Um arco elétrico caracteriza-se pela passagem significativa de corrente elétrica por um material normalmente não condutivo, como o ar, movimentando-se a altas velocidades (aproximadamente 100 m/s). As falhas que originam um arco elétrico estão associadas, em geral, a curtos-circuitos (entre fases e fase-terra), sendo que a maioria dessas faltas é iniciada por meio de um curto-circuito fase-terra, evoluindo rapidamente para um curto-circuito trifásico.

Os arcos elétricos produzem calor intenso, causam explosões, ondas de pressão, entre outros efeitos, representando riscos aos trabalhadores expostos a esse fenômeno. O comportamento de um arco elétrico em um sistema trifásico é tido como caótico, pois envolve uma rápida e irregular mudança na geometria do arco devido à convecção, aos jatos de plasma e às forças eletromagnéticas. Adicionalmente, a extinção do arco e a possibilidade de reignição, mudanças no trajeto do arco por conta das correntes transitórias de retorno e a reconexão do arco pelos barramentos e partes de plasma, além de outros efeitos, dificultam o modelamento matemático desse fenômeno.

Em função dessas características, o levantamento das propriedades exatas de um arco elétrico, como o valor da sua impedância, é algo extremamente complexo.

Após o seu início, o arco elétrico é um fluxo de corrente constituído pelo vapor dos materiais que estão sendo consumidos. Este vapor possui uma resistência consideravelmente maior do que o metal contínuo, provocando uma queda de tensão entre 30 e 40 V/cm, milhares de vezes maiores em relação a um condutor sólido. Em circuitos de baixa tensão, o arco, com queda de tensão entre 30 e 40 V/cm, consome uma parcela substancial da tensão disponível, deixando somente a diferença entre a tensão da fonte e a tensão do arco para forçar a corrente de falta pela impedância total do sistema. Este é o motivo para a “estabilização” da corrente do arco em circuitos de 277/480 volts quando o comprimento do arco é da ordem de 10 cm.

Para tensões mais elevadas, o comprimento do arco pode ser substancialmente maior, em torno de 2,5 cm para cada 100 V da fonte, antes que a impedância do sistema comece a regular ou limitar a corrente de falta. Isso implica comprimentos de arcos maiores em sistemas de alta tensão, podendo fazer outros equipamentos ou circuitos elétricos serem atingidos e provocarem novos curtos-circuitos. O trajeto percorrido pelo arco a partir do seu início é substancialmente resistivo. Essa característica confere ao arco elétrico um fator de potência unitário.

Os riscos do arco elétrico

Por liberar uma grande quantidade de energia em um curto espaço de tempo, o arco elétrico passou a fazer parte do grupo dos principais riscos envolvendo eletricidade, juntamente com o choque elétrico. Os efeitos causados pelo arco podem acarretar em perdas materiais, pois sua ocorrência pode causar a destruição total de painéis elétricos e impactar a receita de uma empresa por problemas de lucro cessante, mas também pode levar trabalhadores a óbito, visto que toda a energia liberada pelo arco pode provocar queimaduras letais.

A alta temperatura que pode envolver um arco elétrico é a principal causa de preocupação com esse fenômeno. No ponto de origem do arco, a temperatura pode atingir aproximadamente 20.000 ºC, o que equivale a quatro vezes a temperatura de superfície do sol. Nenhum material conhecido na Terra é capaz de suportar essa temperatura sem que ocorra o seu derretimento e vaporização. Entretanto, além da alta temperatura, um arco elétrico apresenta outros riscos, como os vapores metálicos tóxicos, projeção de metal fundido, luz extremamente intensa e uma significativa onda de pressão.

A onda de pressão é provocada pela alta temperatura do arco, que causa uma explosiva expansão do ar circunvizinho e dos metais existentes no trajeto do arco. O cobre, por exemplo, sofre uma expansão em torno de 67.000 vezes quando muda do estado sólido para vapor. As altas pressões geradas podem facilmente exceder centenas ou mesmo milhares de kgf/m², rompendo os tímpanos e causando danos aos pulmões dos trabalhadores. Os efeitos destrutivos dessas ondas de pressão, criadas pelo aquecimento e expansão térmica do ar e vaporização dos condutores metálicos, são conhecidos como “efeitos termoacústicos”. Os sons associados a essas pressões podem exceder 160 decibéis.

Finalmente, o material sólido e o metal derretido são expelidos para longe do arco em velocidades que excedem 1.200 km/h, o suficiente para que as partículas penetrem completamente no corpo humano. Com relação à luz emitida, o espectro de frequências do arco inclui uma grande proporção de radiação na zona dos raios ultravioletas, 50 Apoio podendo causar danos à retina ocular de um ser humano.

A junção de todos esses