A corrente de falta por arco elétrico depende, principalmente, da corrente de curto-circuito. Quanto maior o nível da corrente de falta, maior será o valor da corrente de arco, e, consequentemente, o valor da energia incidente aumenta.
Vale ressaltar que no sistema elétrico pode haver o aumento do curto-circuito durante sua operação, que ultrapassa a capacidade nominal dos equipamentos. Por exemplo, quando ocorre a elevação da potência instalada e a interligação de sistemas envolvem a
instalação de novos equipamentos (MARDEGAN, 2012).
Mesmo se os dispositivos de proteção tradicionais, como relés e disjuntores forem dimensionados corretamente para suportar a corrente de curto-circuito, poderá, ainda, haver danos no sistema (G&W ELECTRIC, 2019b). Além disso, para substituir os equipamentos existentes, como painéis elétricos e condutores, devido ao aumento da corrente de curto-circuito, requer, muitas vezes, um alto custo financeiro e uma boa logística, devido à sua complexidade, o que pode inviabilizar essa ação (MARDEGAN, 2012).
De fato, reduzindo a corrente de falta, diminuirá a corrente de arco. Supondo também que a duração do curto-circuito não aumente, a exposição à energia incidente resultante será reduzida (PIERRE et al., 2015).
Portanto, deve-se realizar medidas para limitar os valores da corrente de curto-circuito. No entanto, os métodos, em sua maioria, necessitam de grandes investimentos financeiros nas instalações, e a melhor solução seria utilizá-los durante a produção do projeto inicial (RESENDE, 2016).
Assim, serão apresentadas algumas alternativas para reduzir a magnitude da corrente de curto-circuito.
4.2.1 Instalação de dispositivos limitadores de corrente de curto-circuito (DLCCs)
Os dispositivos limitadores de corrente de curto (DLCCs) têm por objetivo limitar as correntes de falta que superam os valores nominais dos equipamentos, como disjuntores e condutores, e evitar que esses equipamentos sofram danos. Ao instalar um DCLCC, pode evitar a substituição desses equipamentos (TRINDADE, 2019)
Dentre os DLCCs utilizados na indústria, estão os reatores limitadores de curto-circuito (RLCCs), os dispositivos pirotécnicos e o protetor de limitação de corrente.
4.2.1.1 Reatores limitadores de curto-circuito
Os RLCCs, quando instalados na rede, reduzem as faltas devido à grande queda de tensão nos seus terminais, porém, como essa queda de tensão é permanente, já que esses reatores limitadores de curto permanecem instalados, resultará sempre em perdas durante seu funcionamento, eles apresentam baixo custo de instalação (TRINDADE, 2019)
A Figura 21 representa as possíveis instalações dos reatores limitadores de curto-circuito em um sistema elétrico:
Figura 21 – RLCCs instalados em série com os circuitos alimentadores, em série com circuitos de saída e seccionando uma barra.
Fonte: adaptado de Trindade (2019).
Os RLCCs podem apresentar as seguintes instalações em um sistema elétrico:
conectados em série com os transformadores, com os geradores e com os circuitos de saída e seccionando um barramento (TRINDADE, 2019).
4.2.1.2 Dispositivos pirotécnicos
Os dispositivos pirotécnicos são equipamentos que interrompem altas correntes de falta no local onde são instalados, geralmente em série com os geradores. Sua grande vantagem é que o tempo de acionamento é muito rápido devido à sua construção de sistema de interrupção, composto por cargas explosivas, sensores e fusíveis. Evitando que equipamentos se danifiquem, pois esses dispositivos atuam antes dos disjuntores (MONTEIRO, 2005; TRINDADE, 2019).
A Figura 22 mostra um dispositivo pirotécnico e seus componentes:
Figura 22 – Componentes do dispositivo pirotécnico.
Fonte: Monteiro (2005).
O dispositivo pirotécnico é acionado quando o valor da corrente de curto-circuito for acima da capacidade dos disjuntores, ressaltando que ele não substitui os dispositivos de proteção convencional (MONTEIRO, 2005).
4.2.1.3 Protetor de limitação de corrente
O protetor de limitação de corrente, ou CLiP-LV, limita a corrente durante a operação do sistema, isso o torna uma solução econômica para proteger contra interrupções de curto-circuito sem a necessidade de adicionar novos equipamentos. É um dispositivo de proteção de sobrecorrente exclusivo que interrompe a corrente de falta potencialmente prejudicial, limitando significativamente o dano potencial (G&W ELECTRIC, 2019b).
Além disso, o CLiP-LV ajuda a evitar que as correntes excedam os valores nominais dos equipamentos, impedindo falhas catastróficas, reduzindo drasticamente as elevações das correntes de falta, minimizando os danos e protegendo as pessoas dos riscos de arco voltaico (G&W ELECTRIC, 2019b).
A Figura 23 apresenta os componentes do protetor de limitação de corrente:
Figura 23 – Componentes do protetor de limitação de corrente.
Fonte: adaptado de G&W Electric (2019b).
O CLiP-LV é uma forma de comutação eletrônica que limita a corrente de curto-circuito. Ele interromperá a corrente de falta que passa por ele antes que a primeira corrente de pico seja atingida, reduzindo significativamente a corrente de curto (G&W ELECTRIC, 2019b).
Um Transformador de Corrente (TC) embutido fornece valores de corrente em tempo real para os componentes eletrônicos internos. O CLiP-LV tem um ajuste de pickup
instantâneo ajustável em campo, conhecido como nível de disparo. Se a corrente exceder o nível de disparo definido pelo usuário, um sinal é enviado pela lógica de disparo para interromper a corrente (G&W ELECTRIC, 2019b).
Um barramento de cobre transporta a corrente, que é aberta durante condições de sobrecorrente, enquanto um fusível limitador de corrente conectado em paralelo interrompe a falta. Esse equipamento é utilizado para mitigação de arco elétrico pois reduz a corrente de curto-circuito e o tempo de eliminação, diminuindo, assim, a energia incidente e reduzindo os danos causados pela ação do arco elétrico (G&W ELECTRIC, 2019b).
4.2.2 Instalação de disjuntores de baixa tensão com WFR (Waveform Recogniton)
O Waveform Recogniton (WFR) que significa Reconhecimento da Forma de Onda, é um algoritmo instalado em disjuntores de baixa tensão, com o objetivo de proteção contra faltas. Ele possui tempo de atuação muito rápido, com alta sensibilidade e não perde a seletividade com outros equipamentos de proteção. Além disso, pode fornecer proteção instantânea. Não há necessidade de estudos de seletividade, pois depende somente do disjuntor que o algoritmo foi instalado (ABB, 2021).
A Figura 24 apresenta a aplicação do WFR no sistema:
Figura 24 – Aplicação do WFR no sistema.
Fonte: Wright, D’Mello e Cuculic ([201-?]).
O princípio de funcionamento do WFR é fazer com que o disjuntor examina a forma de onda, e quando houver o aumento da corrente de falta, o disjuntor dispara, além de não fazer comunicação com o dispositivo de proteção a montante. É recomendado para disjuntores mais próximos às cargas terminais, devido ao tempo de disparo ser muito rápido (MARDEGAN;
PARISE, 2018d).