Publicado em 15 Sep 2020

A segurança dos equipamentos elétricos de máquinas

Redação

As máquinas acionadas eletricamente devem ser projetadas, construídas e equipadas para que todos os riscos sejam mantidos em um nível aceitável. Os riscos específicos associados ao uso de controles elétricos são riscos de eletrocussão e incêndio. A corrente elétrica pode ter efeitos irreversíveis no sistema nervoso e nos músculos, além dos efeitos do calor. As sobrecargas também podem causar arco ou incêndio com carga estática. Assim, as máquinas devem ser equipadas para evitar o contato direto com condutores energizados ou com peças condutoras normalmente energizadas, sendo também importante evitar riscos decorrentes do contato indireto com a terra ou com partes condutoras que possam estar energizadas. Como pode haver diferenças substanciais entre as causas dos perigos e, portanto, nas medidas técnicas a serem tomadas para evitar esses perigos, é feita uma distinção entre diferentes tipos de segurança, por exemplo, especificando a causa dos riscos potenciais. Deve-se entender as especificações equipamentos elétricos ou partes dos equipamentos elétricos que operam com tensões nominais de alimentação não superiores a 1.000 V para corrente alternada (ca) e não superiores a 1.500 V para corrente contínua (cc), e com frequências nominais de alimentação não superiores a 200 Hz. Deve-se conhecer as medidas a serem tomadas para proteger o equipamento contra os efeitos de sobrecorrente decorrente de um curto-circuito; sobrecarga e/ou perda de arrefecimento dos motores elétricos; temperatura anormal; perda ou redução na tensão de alimentação; velocidade excessiva das máquinas/elementos de máquinas; defeito de aterramento/corrente residual; sequência de fase incorreta; e sobretensão provocada por descargas atmosféricas e picos de chaveamento.

Para a proteção contra sobrecorrente deve ser fornecida quando a corrente em qualquer circuito puder exceder o valor nominal de qualquer componente ou a capacidade de condução de corrente dos condutores, o que for o menor valor. Quando não especificado pelo usuário, o fornecedor do equipamento elétrico não é responsável pelo fornecimento dos condutores de alimentação e do dispositivo de proteção contra sobrecorrente para os condutores de alimentação ao equipamento elétrico.

O fornecedor do equipamento elétrico deve declarar nos documentos de instalação os dados necessários para dimensionamento do condutor (incluindo a área máxima de seção transversal do condutor de alimentação que pode ser conectada aos terminais do equipamento elétrico) e para seleção do dispositivo de proteção contra sobrecorrente. Os dispositivos de detecção e interrupção de sobrecorrente devem ser aplicados em cada condutor energizado, incluindo os circuitos que alimentam transformadores de circuitos de controle.

Os seguintes condutores, conforme aplicável, não podem ser seccionados sem seccionar todos os condutores energizados associados: condutor neutro de circuitos de potência em corrente alternada; condutor terra de circuitos de potência em corrente contínua; condutores de alimentação em corrente contínua ligados às partes condutivas expostas de máquinas móveis. Quando a área de seção transversal do condutor neutro for pelo menos igual ou equivalente à área dos condutores de linha, não é necessário fornecer detecção de sobrecorrente para o condutor neutro, nem um dispositivo de seccionamento para esse condutor.

Para um condutor neutro com uma área de seção transversal menor que a dos condutores de linha associados, as medidas detalhadas na IEC 60364-5-52:2009, 524, devem ser aplicadas. Em sistemas de aterramento IT, é recomendado que o condutor neutro não seja utilizado. Entretanto, quando um condutor neutro for utilizado, as medidas detalhadas na IEC 60364-4-43:2008, 431.2.2, devem ser aplicadas.

Os condutores de circuitos de comando alimentados por um transformador ou alimentação em corrente contínua devem ser protegidos contra sobrecorrente: em circuitos de comando conectados ao circuito de ligação de proteção, por meio da inserção de um dispositivo de proteção contra sobrecorrente no condutor a ser chaveado; em circuitos de comando não conectados ao circuito de ligação de proteção; quando todos os circuitos de comando do equipamento tiverem a mesma capacidade de condução de corrente, por meio da inserção de um dispositivo de proteção contra sobrecorrente no condutor a ser chaveado; ou quando diferentes circuitos de comando do equipamento tiverem capacidade de condução de corrente diferente, por meio da inserção de um dispositivo de proteção contra sobrecorrente em ambos os condutores a serem chaveados e comuns de cada circuito de comando.

A proteção contra sobrecorrente deve ser fornecida para os circuitos que alimentam as tomadas de aplicação geral destinadas principalmente a fornecer alimentação elétrica aos equipamentos de manutenção. Os dispositivos de proteção contra sobrecorrente devem ser fornecidos nos condutores energizados não aterrados de cada circuito que alimenta essas tomadas. Todos os condutores não aterrados de circuitos que alimentam a iluminação devem ser protegidos contra os efeitos de curtos-circuitos pelo fornecimento de dispositivos contra sobrecorrente separados daqueles que protegem outros circuitos.

Os transformadores devem ser protegidos por um dispositivo de proteção contra sobrecorrente que contenha um tipo e ajuste de acordo com as instruções do fabricante do transformador. Essa proteção deve: evitar o desarme incorreto devido a correntes de magnetização do transformador; evitar um aumento na temperatura que exceda o valor máximo permitido do embobinamento, para a classe da isolação do transformador, quando for submetido aos efeitos de um curto-circuito nos seus terminais secundários.

Um dispositivo de proteção contra sobrecorrente deve estar localizado no ponto onde haja uma redução da área de seção transversal dos condutores ou outra alteração que reduza a capacidade de condução de corrente dos condutores, exceto quando todas as seguintes condições forem atendidas: a capacidade de condução de corrente dos condutores for pelo menos igual à da carga; a parte do (s) condutor (es) entre o ponto de redução da capacidade de condução de corrente e a posição do dispositivo de proteção contra sobrecorrente não for superior a 3 m; os condutores forem instalados de maneira a reduzir a possibilidade de um curto-circuito, por exemplo, protegidos por um invólucro ou duto.

A capacidade nominal de interrupção de curto-circuito deve ser pelo menos igual à corrente de defeito presumida no ponto de instalação. Quando a corrente de curto-circuito em um dispositivo de proteção contra sobrecorrente puder incluir correntes adicionais diferentes da alimentação (por exemplo, de motores elétricos, de capacitores para correção do fator de potência), essas correntes devem ser levadas em consideração. No caso dos fios condutores, barras condutoras e conjuntos de anéis coletores, a sua instalação deve ser fechada de tal maneira que, durante o acesso normal à máquina, a proteção básica seja atingida pela aplicação de uma das seguintes medidas de proteção: proteção por isolamento parcial das partes energizadas, ou quando isto não for possível; proteção por invólucros ou barreiras de pelo menos IP2X ou IPXXB.

As superfícies superiores horizontais de barreiras ou invólucros que forem prontamente acessíveis devem fornecer um grau de proteção de pelo menos IP4X ou IPXXD. Quando o grau de proteção requerido não for atingido, a proteção por meio da colocação das partes vivas, fora do alcance em combinação com o desligamento de emergência, deve ser aplicada. Os fios condutores e as barras condutoras devem ser colocados e/ou protegidos de forma a: prevenir o contato, especialmente para fios condutores e barras condutoras desprotegidos, com partes condutoras, como cabos de chaves acionadas por cabos, dispositivos de alívio de tensão e correntes de transmissão; evitar danos provocados por uma carga oscilante.

No caso dos motores, cada um deles e seus acoplamentos, correias, polias ou correntes associadas devem ser instalados de modo que eles sejam adequadamente protegidos e sejam facilmente acessíveis para inspeção, manutenção, ajuste e alinhamento, lubrificação e substituição. A disposição da instalação do motor deve ser de modo que todos os meios de instalação do motor possam ser removidos e todas as caixas de terminais sejam acessíveis. Os motores devem ser instalados de modo que o arrefecimento adequado seja assegurado e o aumento da temperatura permaneça dentro dos limites da classe da isolação.

Quando possível, é recomendável que os compartimentos do motor estejam limpos e secos, e, quando requerido, devem ser ventilados diretamente para o lado de fora da máquina. Os respiros devem ser tais que a penetração de limalhas, poeira ou borrifo d’água esteja em um nível aceitável. Não pode haver abertura entre o compartimento do motor elétrico e qualquer outro compartimento que não atenda aos requisitos do compartimento do motor elétrico. Quando um eletroduto ou tubo passar por dentro do compartimento do motor vindo de outro compartimento que não atende aos requisitos do compartimento do motor, qualquer espaço em torno do eletroduto ou tubo deve ser vedado.

As características dos motores e dos equipamentos associados devem ser selecionadas de acordo com o serviço esperado e as condições ambientais físicas. Nesse aspecto, os pontos que devem ser considerados incluem: tipo de motor; tipo de ciclo de trabalho; operação em rotação fixa ou rotação variável (e a influência variável consequente da ventilação); vibração mecânica; tipo de controle do motor; aumento da temperatura e outros efeitos do espectro de frequência da tensão e/ou corrente que alimenta o motor (especialmente quando ele é alimentado por um conversor); método de partida e possível influência da corrente de partida (inrush) sobre a operação de outros usuários da mesma alimentação elétrica, também considerando possíveis condições especiais estipuladas pela autoridade responsável pela energia elétrica; variação do torque resistente da carga com o tempo e a velocidade; influência de cargas com grande inércia; influência da operação em torque constante ou potência constante; possível necessidade de reatores por indução entre o motor elétrico e o conversor.

A NBR IEC 60204-1 de 07/2020 - Segurança de máquinas — Equipamentos elétricos de máquinas - Parte 1: Requisitos gerais se aplica aos equipamentos e sistemas elétricos, eletrônicos e eletrônicos programáveis para máquinas não transportáveis à mão durante o trabalho, incluindo um grupo de máquinas que trabalham em conjunto de forma coordenada. É uma norma de aplicação e não se destina a limitar ou inibir o avanço tecnológico. Nesta parte, o termo elétrico inclui assuntos elétricos, eletrônicos e eletrônicos programáveis (ou seja, equipamentos elétricos, significa equipamentos elétricos, eletrônicos e eletrônicos programáveis). No seu contexto, o termo pessoa refere-se a qualquer indivíduo e inclui as pessoas que são designadas e instruídas pelo usuário ou seu (s) representante (s) no uso e cuidado da máquina em questão.

Os equipamentos abrangidos por esta parte começam no ponto de conexão da alimentação ao equipamento elétrico da máquina. Os requisitos para a instalação de alimentação elétrica são fornecidos na série IEC 60364. Esta parte se aplica aos equipamentos elétricos ou partes dos equipamentos elétricos que operam com tensões nominais de alimentação não superiores a 1.000 V para corrente alternada (ca) e não superiores a 1.500 V para corrente contínua (cc), e com frequências nominais de alimentação não superiores a 200 Hz. Informações sobre equipamentos elétricos ou partes dos equipamentos elétricos que operam com tensões nominais de alimentação mais elevadas podem ser encontradas na IEC 60204-11.

Esta parte não abrange todos os requisitos (por exemplo, proteção, travamento ou controle) que são necessários ou requeridos por outras normas ou regulamentos, a fim de proteger as pessoas dos perigos, exceto perigos elétricos. Cada tipo de máquina tem requisitos únicos a serem acomodados para fornecer segurança adequada. Inclui especificamente, porém não é limitada a equipamentos elétricos de máquinas para montagem de peças ou de componentes ligados entre si, em que pelo menos um deles se move, com os atuadores apropriados da máquina, circuitos de comando e potência agrupados de forma a atender a uma aplicação específica, em particular para o processamento, tratamento, movimento ou empacotamento de um material.

O Anexo C lista exemplos de máquinas cujos equipamentos elétricos podem ser abrangidos por esta parte que não especifica requisitos adicionais e especiais que podem ser aplicados aos equipamentos elétricos de máquinas que, por exemplo: se destinam ao uso ao ar livre (ou seja, fora das edificações ou outras estruturas de proteção); utilizam, processam ou produzem material potencialmente explosivo (por exemplo, tinta ou serragem); se destinam ao uso em atmosferas potencialmente explosivas e/ou inflamáveis; têm riscos especiais ao produzir ou utilizar determinados materiais; se destinam ao uso em minas; são máquinas, unidades e sistemas de costura (que são abrangidas pela IEC 60204-31); são máquinas de içamento (que são abrangidas pela IEC 60204-32); são equipamentos de fabricação de semicondutores (que são abrangidos pela IEC 60204-33). Os circuitos de energia onde a energia elétrica é utilizada diretamente como uma ferramenta de trabalho são excluídos desta parte. Essa norma provê os requisitos e as recomendações relativos ao equipamento elétrico de máquinas, de modo a promover a segurança de pessoas e da propriedade; a consistência da resposta do controle; a facilidade de operação e manutenção. Mais orientações sobre o uso desta parte são fornecidas no Anexo F. 

É entendido que todos os elementos obtidos em conjunto, incluindo os dispositivos de segurança, ferramental/dispositivo, software e documentação, constituem a máquina e que uma ou mais máquinas que trabalham em conjunto, geralmente com pelo menos um nível de controle de supervisão, constituem uma célula ou sistema de manufatura. Esta norma especifica os requisitos para o equipamento elétrico de máquinas. Os riscos associados aos perigos pertinentes ao equipamento elétrico devem ser avaliados como parte dos requisitos gerais para apreciação de riscos da máquina. Isto vai identificar a necessidade para redução dos riscos; e determinar as reduções adequadas dos riscos; e determinar as medidas de proteções necessárias para as pessoas que podem estar expostas a esses perigos, mantendo ainda um desempenho apropriado da máquina e seus equipamentos.

As situações perigosas podem resultar das, mas não estão limitadas às, seguintes causas: falhas ou defeitos no equipamento elétrico, resultando na possibilidade de choque elétrico, arco elétrico ou incêndio; falhas ou defeitos nos circuitos de controle (ou componentes e dispositivos associados a esses circuitos), resultando no mau funcionamento da máquina; perturbações ou interrupções nas fontes de alimentação, bem como falhas ou defeitos nos circuitos de energia, resultando no mau funcionamento da máquina; perda da continuidade dos circuitos que pode resultar em uma falha de uma função de segurança, por exemplo, aquela que depende de contatos deslizantes ou giratórios; as perturbações elétricas, por exemplo, eletromagnéticas, eletrostáticas externas ao equipamento elétrico ou geradas internamente, resultando no mau funcionamento da máquina; liberação de energia armazenada (elétrica ou mecânica), resultando em, por exemplo, choque elétrico, movimento inesperado que pode provocar lesões; ruído acústico e vibração mecânica em níveis que provoquem problemas de saúde às pessoas; temperaturas da superfície que podem provocar lesões. As medidas de segurança são uma combinação das medidas incorporadas na fase de projeto e das medidas requeridas a serem implementadas pelo usuário.

O processo de projeto e desenvolvimento deve identificar os perigos e os riscos dele decorrentes. Quando os perigos não puderem ser removidos e/ou os riscos não puderem ser suficientemente reduzidos por medidas de segurança inerentes ao projeto, medidas de proteção (por exemplo, dispositivos de proteção) devem ser fornecidas para reduzir o risco. Medidas adicionais (por exemplo, meios informativos) devem ser fornecidas quando uma redução de risco adicional for necessária.

Além disso, os procedimentos de trabalho que reduzam o risco podem ser necessários. É recomendado que, quando o usuário for conhecedor do tipo de máquina ou da aplicação, o Anexo B seja utilizado para facilitar a troca de informações entre o usuário e o (s) fornecedor (es) sobre as condições básicas e especificações adicionais do usuário relativas ao equipamento elétrico. Essas especificações adicionais podem fornecer características adicionais que dependem do tipo de máquina (ou grupo de máquinas) e da aplicação; facilitar a manutenção e o reparo; e melhorar a confiabilidade e a facilidade de operação.

Os componentes e dispositivos elétricos devem ser adequados para o seu uso pretendido; e estar em conformidade com as normas IEC aplicáveis, caso existam; e ser aplicados de acordo com as instruções do fornecedor. O equipamento elétrico deve ser adequado para as condições ambientais físicas e operacionais de seu uso devido. Os requisitos a seguir abrangem as condições ambientais e operacionais físicas da maioria das máquinas abrangidas por esta parte. Quando as condições especiais forem aplicadas ou os limites especificados forem excedidos, uma troca de informações entre o usuário e o fornecedor pode ser necessária.

O equipamento elétrico não pode gerar perturbações eletromagnéticas acima dos níveis que são apropriados para o seu devido ambiente operacional. Além disso, o equipamento elétrico deve ter um nível de imunidade suficiente às perturbações eletromagnéticas, de modo que ele possa funcionar no seu devido ambiente. Os ensaios de imunidade e/ou emissões são requeridos no equipamento elétrico, a menos que as seguintes condições sejam atendidas: os dispositivos e componentes incorporados estejam em conformidade com os requisitos de EMC para o ambiente de EMC pretendido especificado na norma aplicável do produto (ou outras normas, quando não existir a norma do produto); a instalação e a fiação elétrica sejam consistentes com as instruções fornecidas pelo fornecedor dos dispositivos e componentes em relação às influências mútuas (cabeamento, blindagem, aterramento, etc.) ou com o Anexo H informativo, se essas instruções não estiverem disponíveis no fornecedor.

As normas genéricas de EMC da IEC 61000-6-1 ou IEC 61000-6-2 e IEC 61000-6-3 ou IEC 61000-6-4 fornecem limites gerais de emissões e imunidade de EMC. O equipamento elétrico deve ser capaz de operar corretamente à temperatura ambiente pretendida do ar. O requisito mínimo para todo o equipamento elétrico operar corretamente em temperaturas ambiente do ar, fora dos invólucros (gabinete ou caixa), é entre + 5 °C e + 40 °C.

O equipamento elétrico deve ser capaz de operar corretamente quando a umidade relativa não exceder 50 % a uma temperatura máxima de + 40 °C. Umidades relativas mais elevadas são permitidas em temperaturas mais baixas (por exemplo, 90 % a 20 °C). Os efeitos nocivos da condensação ocasional devem ser evitados no projeto do equipamento ou, quando necessário, por medidas adicionais (por exemplo, aquecedores embutidos, condicionadores de ar, furos de drenagem).

O equipamento elétrico deve ser capaz de operar corretamente em altitudes de até 1.000 m acima do nível médio do mar. Para o equipamento a ser utilizado em altitudes mais elevadas, é necessário levar em consideração a redução: da rigidez dielétrica; e da capacidade de chaveamento dos dispositivos; e do efeito de resfriamento do ar. É recomendado que o fabricante seja consultado sobre os fatores de correção a serem utilizados quando esses fatores não forem fornecidos nos dados do produto.

O equipamento elétrico deve ser adequadamente protegido contra a penetração de sólidos e líquidos. O equipamento elétrico deve ser adequadamente protegido contra contaminantes (por exemplo, poeira, ácido, gases corrosivos, sais) que possam estar presentes no ambiente físico em que o equipamento elétrico vai ser instalado. Quando o equipamento for submetido à radiação (por exemplo, micro-ondas, raio ultravioleta, raio laser, raio X), medidas adicionais devem ser tomadas para evitar o mau funcionamento do equipamento e a deterioração acelerada da isolação.

Os efeitos indesejáveis de vibração, choque e impacto (incluindo os gerados pela máquina, pelo equipamento associado e pelo ambiente físico) devem ser evitados pela seleção do equipamento adequado, instalando-o distante da máquina, ou pelo fornecimento de suportes antivibração. O equipamento elétrico deve ser projetado para resistir, ou precauções adequadas devem ser tomadas para proteger contra os efeitos do transporte e das temperaturas de armazenamento dentro da faixa de –25 °C a +55 °C e por curtos períodos não superiores a 24 h em até +70 °C. Meios adequados devem ser fornecidos para evitar danos de umidade, vibração e choque.

Os equipamentos elétricos, incluindo cabos isolados de PVC, são suscetíveis a danos em baixas temperaturas. O equipamento elétrico pesado e volumoso que tenha que ser removido da máquina para transporte ou que seja independente da máquina deve ser fornecido com meios adequados para o manuseio, incluindo, quando necessário, meios para manuseio por gruas ou equipamento similar. É recomendado que, quando possível, o equipamento elétrico de uma máquina seja conectado a uma única alimentação de entrada.

Quando outra alimentação for necessária para certas partes do equipamento (por exemplo, equipamentos eletrônicos que operam em uma tensão diferente), convém que essa alimentação seja derivada, na medida do possível, dos dispositivos (por exemplo, transformadores, conversores) que fazem parte do equipamento elétrico da máquina. Para máquinas de grande porte complexas, pode haver a necessidade de mais de uma alimentação de entrada, dependendo das disposições de alimentação no local. A menos que um plugue seja fornecido com a máquina para a conexão à alimentação, é recomendado que os condutores de alimentação terminem no dispositivo de seccionamento da alimentação.

Quando um condutor neutro for utilizado, ele deve ser claramente indicado na documentação técnica da máquina, como no diagrama de instalação e no diagrama do circuito, e um terminal isolado separado, marcado com a letra N, de acordo com 16.1, deve ser fornecido para o condutor neutro. O terminal neutro pode ser fornecido como parte do dispositivo de seccionamento da alimentação. Não pode haver conexão alguma entre o condutor neutro e o circuito de proteção dentro do equipamento elétrico.

Exceção: uma conexão pode ser efetuada entre o terminal neutro e o terminal PE no ponto da conexão do equipamento elétrico a um sistema de alimentação TN-C. Para máquinas fornecidas de fontes paralelas, os requisitos da IEC 60364-1 para sistemas de fonte múltipla se aplicam. Os terminais para a conexão da alimentação de entrada devem ser claramente identificados de acordo com a IEC 60445.

O terminal para o condutor de proteção externo deve ser identificado como um terminal para conexão do condutor de proteção externo, ou seja, para cada alimentação de entrada, um terminal deve ser fornecido no mesmo compartimento associado aos terminais do condutor de linha para conexão da máquina ao condutor de proteção externa. O terminal deve ser de uma dimensão que permita a conexão de um condutor de proteção externa de cobre, com uma área de seção transversal determinada em relação à seção dos condutores de linha associados, de acordo com a tabela abaixo.

Quando um condutor de proteção externa de um material diferente do cobre for utilizado, a dimensão e o tipo do terminal devem ser selecionados adequadamente. Em cada ponto de alimentação de entrada, o terminal para conexão do condutor de proteção externa deve ser marcado ou identificado com as letras PE (ver IEC 60445). Um dispositivo de seccionamento da alimentação deve ser fornecido: para cada alimentação de entrada da(s) máquina(s). A alimentação de entrada pode ser conectada diretamente ao dispositivo de seccionamento da alimentação da máquina ou ao dispositivo de seccionamento da alimentação de um sistema alimentador da máquina.

Os sistemas alimentadores de máquinas podem incluir fios condutores, barras condutoras, conjuntos de anéis coletores, sistemas de cabos flexíveis (carretéis, polias) ou sistemas de alimentação elétrica por indução. Para cada alimentação elétrica embarcada, o dispositivo de seccionamento da alimentação deve seccionar (isolar) o equipamento elétrico da máquina da alimentação elétrica quando requerido (por exemplo, para intervenções na máquina, incluindo o equipamento elétrico).

Quando dois ou mais dispositivos de seccionamento da alimentação forem fornecidos, intertravamentos de proteção para a sua operação correta também devem ser fornecidos, a fim de evitar situações perigosas, incluindo danos à máquina ou ao trabalho em andamento. O dispositivo de seccionamento da alimentação deve ser de um dos seguintes tipos: interruptor-seccionador, com ou sem fusíveis, de acordo com a NBR IEC 60947-3, categoria de uso AC-23B ou DC-23B; dispositivo de manobra para controle e proteção adequado para isolamento, de acordo com a IEC 60947-6-2; um disjuntor adequado para isolamento de acordo com a NBR IEC 60947-2; qualquer outro dispositivo de manobra de acordo com uma norma IEC de produto para esse dispositivo e que atenda aos requisitos de isolamento e à categoria de uso apropriada e/ou aos requisitos de durabilidade especificados definidos na norma de produto; uma combinação de plugue/tomada para uma alimentação por cabo flexível.

Hayrton Rodrigues do Prado Filho

hayrton@hayrtonprado.jor.br

Artigo atualizado em 15/09/2020 09:55.

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