Projeto de circuito seguro

Como vimos antes, um sistema de energia sem conexão segura ao aterramento é imprevisível do ponto de vista da segurança. Não há como garantir quanta ou quão pouca tensão existirá entre qualquer ponto do circuito e o aterramento.

Ao aterrar um lado da fonte de tensão do sistema de energia, pelo menos um ponto no circuito pode ser assegurado como eletricamente comum com a terra e, portanto, não apresenta risco de choque. Em um sistema de energia elétrica simples de dois fios, o condutor conectado ao aterramento é chamado de neutro , e o outro condutor é chamado de quente , também conhecido como ao vivo ou o ativo :







No que diz respeito à fonte de tensão e à carga, o aterramento não faz diferença alguma. Existe puramente para o bem da segurança pessoal, garantindo que pelo menos um ponto do circuito seja seguro para tocar (tensão zero para terra).

O lado “quente” do circuito, denominado por seu potencial de risco de choque, será perigoso de tocar, a menos que a tensão seja garantida pela desconexão adequada da fonte (de preferência, usando um procedimento sistemático de bloqueio / etiquetagem).

É importante entender esse desequilíbrio de perigo entre os dois condutores em um circuito de alimentação simples. A série de ilustrações a seguir é baseada em sistemas de fiação domésticos comuns (usando fontes de tensão CC em vez de CA para simplificar).

Se dermos uma olhada em um aparelho elétrico doméstico simples, como uma torradeira com uma caixa de metal condutiva, podemos ver que não deve haver risco de choque quando ele está funcionando corretamente. Os fios que conduzem energia para os elementos de aquecimento da torradeira são isolados de tocar a caixa de metal (e uns aos outros) por borracha ou plástico.







No entanto, se um dos fios dentro da torradeira entrar acidentalmente em contato com a caixa de metal, a caixa se tornará eletricamente comum ao fio e tocar na caixa será tão perigoso quanto tocar no fio desencapado. Se isso representa ou não um perigo de choque depende de qual fio toca acidentalmente:







Se o fio “quente” entrar em contato com a caixa, ele colocará o usuário da torradeira em perigo. Por outro lado, se o fio neutro entrar em contato com a caixa, não há perigo de choque:







Para ajudar a garantir que a primeira falha seja menos provável do que a última, os engenheiros tentam projetar os aparelhos de forma a minimizar o contato do condutor quente com a caixa.

Idealmente, é claro, você não quer que nenhum dos fios entre acidentalmente em contato com a caixa condutiva do aparelho, mas geralmente há maneiras de projetar o layout das peças para tornar o contato acidental menos provável com um fio do que com o outro.

No entanto, esta medida preventiva é eficaz apenas se a polaridade do plugue de alimentação puder ser garantida. Se o plugue puder ser invertido, o condutor com maior probabilidade de entrar em contato com a caixa pode muito bem ser o "quente":







Os aparelhos projetados dessa forma geralmente vêm com plugues “polarizados”, com um pino do plugue um pouco mais estreito do que o outro. Os receptáculos de energia também são projetados dessa forma, sendo um slot mais estreito do que o outro.

Conseqüentemente, o plugue não pode ser inserido “ao contrário” e a identidade do condutor dentro do aparelho pode ser garantida. Lembre-se de que isso não tem qualquer efeito sobre o funcionamento básico do aparelho:é estritamente para a segurança do usuário.

Alguns engenheiros abordam a questão da segurança simplesmente tornando a caixa externa do aparelho não condutiva. Esses aparelhos são chamados de isolamento duplo uma vez que o invólucro isolante serve como uma segunda camada de isolamento acima e além dos próprios condutores. Se um fio dentro do aparelho entrar acidentalmente em contato com a caixa, não há perigo para o usuário do aparelho.

Outros engenheiros lidam com o problema de segurança mantendo uma caixa condutiva, mas usando um terceiro condutor para conectar firmemente essa caixa ao solo:







O terceiro pino do cabo de alimentação fornece uma conexão elétrica direta da caixa do aparelho ao aterramento, tornando os dois pontos eletricamente comuns um com o outro. Se eles forem eletricamente comuns, não pode haver queda de tensão entre eles.

Pelo menos, é assim que deve funcionar. Se o condutor quente acidentalmente tocar a caixa de metal do eletrodoméstico, ele criará um curto-circuito direto de volta para a fonte de tensão através do fio terra, desarmando quaisquer dispositivos de proteção de sobrecorrente. O usuário do aparelho permanecerá seguro.

É por isso que é tão importante nunca cortar o terceiro pino de um plugue de alimentação ao tentar encaixá-lo em um receptáculo de dois pinos. Se isso for feito, não haverá aterramento da caixa do aparelho para manter o (s) usuário (s) seguro (s).

O aparelho ainda funcionará corretamente, mas se houver uma falha interna que coloque o fio quente em contato com a caixa, os resultados podem ser fatais. Se um receptáculo de dois pinos deve ser usado, um adaptador de receptáculo de dois a três pinos pode ser instalado com um fio de aterramento conectado ao parafuso da tampa aterrada. Isso manterá a segurança do aparelho aterrado enquanto estiver conectado a este tipo de receptáculo.

Engenharia eletricamente segura não termina necessariamente na carga, no entanto. Uma proteção final contra choque elétrico pode ser organizada no lado da fonte de alimentação do circuito, e não no próprio aparelho. Esta proteção é chamada de detecção de falta à terra , e funciona assim:







Em um aparelho funcionando corretamente (mostrado acima), a corrente medida através do condutor quente deve ser exatamente igual à corrente através do condutor neutro, porque há apenas um caminho para o fluxo de elétrons no circuito. Sem avarias no interior do aparelho, não existe ligação entre os condutores do circuito e a pessoa que toca na caixa e, portanto, não existe choque.

Se, entretanto, o fio quente acidentalmente entrar em contato com a caixa de metal, haverá corrente através da pessoa que está tocando a caixa. A presença de uma corrente de choque será manifestada como uma diferença de corrente entre os dois condutores de energia no receptáculo:







Esta diferença de corrente entre os condutores “quentes” e “neutros” só existirá se houver corrente na ligação à terra, o que significa que existe uma falha no sistema. Portanto, essa diferença de corrente pode ser usada como uma forma de detectar uma condição de falha.

Se um dispositivo for configurado para medir esta diferença de corrente entre os dois condutores de energia, a detecção de desequilíbrio de corrente pode ser usada para acionar a abertura de uma chave de desconexão, cortando assim a energia e evitando choques graves:







Esses dispositivos são chamados de interruptores de corrente de falta à terra ou GFCIs para breve. Fora da América do Norte, o GFCI é conhecido como chave de segurança, dispositivo de corrente residual (RCD), RCBO ou RCD / MCB se combinado com um disjuntor em miniatura ou disjuntor de fuga à terra (ELCB).

Eles são compactos o suficiente para serem integrados em um receptáculo de energia. Esses receptáculos são facilmente identificados por seus botões distintos “Teste” e “Reinicializar”. A grande vantagem de usar essa abordagem para garantir a segurança é que ela funciona independentemente do design do aparelho.

Claro, usar um aparelho com isolamento duplo ou aterrado além de um receptáculo GFCI seria melhor ainda, mas é reconfortante saber que algo pode ser feito para melhorar a segurança acima e além do design e condição do aparelho.

O interruptor de circuito de falha de arco (AFCI) , um disjuntor projetado para evitar incêndios, é projetado para abrir em curto-circuitos resistivos intermitentes. Por exemplo, um disjuntor normal de 15 A é projetado para abrir o circuito rapidamente se carregado muito além da classificação de 15 A, mais lentamente um pouco além da classificação.

Embora proteja contra curtos diretos e vários segundos de sobrecarga, respectivamente, não protege contra arcos - semelhante à soldagem a arco. Um arco é uma carga altamente variável, com pico repetidamente acima de 70 A, em circuito aberto com cruzamentos por zero de corrente alternada.

Embora a corrente média não seja suficiente para desarmar um disjuntor padrão, é o suficiente para iniciar um incêndio. Este arco pode ser criado por um curto-circuito metálico que queima o metal aberto, deixando um plasma pulverizado resistivo de gases ionizados.

O AFCI contém circuitos eletrônicos para detectar esse curto-circuito resistivo intermitente. Ele protege contra arcos quente para neutro e quente para terra. O AFCI não protege contra choques pessoais como um GFCI. Assim, os GFCIs ainda precisam ser instalados na cozinha, no banheiro e nos circuitos externos.

Uma vez que o AFCI frequentemente desarma ao iniciar grandes motores e, mais geralmente, em motores com escovas, sua instalação é limitada a circuitos dormitórios pelo Código Elétrico Nacional dos EUA. O uso do AFCI deve reduzir o número de incêndios elétricos. No entanto, disparos incômodos ao operar aparelhos com motores em circuitos AFCI são um problema.



REVER:

• Os sistemas de energia geralmente têm um lado da fonte de alimentação conectado ao aterramento para garantir a segurança nesse ponto.
• O condutor “aterrado” em um sistema de energia é chamado de neutro condutor, enquanto o condutor não aterrado é chamado de quente .
• O aterramento em sistemas de energia existe para o bem da segurança pessoal, não para a operação da (s) carga (s).
• A segurança elétrica de um aparelho ou de outras cargas pode ser melhorada por uma boa engenharia:plugues polarizados, isolamento duplo e plugues de "aterramento" de três pinos são maneiras de maximizar a segurança no lado da carga.
• Interruptor de corrente de falta à terra (GFCIs) funcionam detectando uma diferença na corrente entre os dois condutores que fornecem energia para a carga. Não deve haver nenhuma diferença na corrente. Qualquer diferença significa que a corrente deve estar entrando ou saindo da carga por algum meio diferente dos dois condutores principais, o que não é bom. Uma diferença significativa de corrente abrirá automaticamente um mecanismo de chave de desconexão, cortando a energia completamente.

PLANILHAS RELACIONADAS:

• Planilha de aterramento de segurança
• Planilha de proteção contra sobrecorrente