Abordagem Abordagem 6 Sigma6 Sigma6 ... - ieee.org.br · X18 Limites IEEE 1584 X13 Lado da falta X17 Descoordenação X20 Máxima duração X21 Ajuste instantâneo/Ampacidade

III ESW III ESW III ESW III ESW BrasilBrasilBrasilBrasil 2007200720072007SeminárioSeminárioSeminárioSeminário InternacionalInternacionalInternacionalInternacional de de de de EngenhariaEngenhariaEngenhariaEngenharia ElétricaElétricaElétricaElétrica nananana

SegurançaSegurançaSegurançaSegurança do do do do TrabalhoTrabalhoTrabalhoTrabalho

Abordagem Abordagem Abordagem Abordagem 6 Sigma6 Sigma6 Sigma6 Sigma para para para para reduçãoreduçãoreduçãoredução de arcosde arcosde arcosde arcos elétricoselétricoselétricoselétricos

Fábio Correa Leite – Du PontLuiz K. Tomiyoshi – Du Pont

2007 IEEE The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc. - Industry Applications Society - South Brazil & Rio de Janeiro Sections

Definição: Arcos ElétricosDefinição: Arcos ElétricosDefinição: Arcos ElétricosDefinição: Arcos Elétricos

• Natureza do arco elétrico

Pela passagem de corrente elétrica

no ar ionizado tem-se a liberação de

grandes quantidades de energia

(calor, som, pressão e luz).

• Como se formam?Quando há uma aproximação

repentina entre dois condutores

energizados e o campo elétrico

associado se torna denso o suficiente

para permitir a passagem de elétrons

pelo ar.

!!!! AtençãoAtençãoAtençãoAtençãoRisco de Choque e Arco ElétricoRisco de Choque e Arco ElétricoRisco de Choque e Arco ElétricoRisco de Choque e Arco Elétrico

EPI Apropriado obrigatórioEPI Apropriado obrigatórioEPI Apropriado obrigatórioEPI Apropriado obrigatório1,85 m Fronteira de aproximação

11.8 cal/cm^2 Anergia do arco a 0,455 m

Classe 3EPI: Conjunto Camiseta + Calça e Capa retardante

de chama

460 VAC Risco de choque quando proteção removida

00 Classe da Luva

1,0 m Limite para evitar risco de contato

300 mm Limite de aproximação restrita

25mm Risco de choque

Painel EX Prot: DJ-Exemplo


Calor necessário para queimadura do Calor necessário para queimadura do Calor necessário para queimadura do Calor necessário para queimadura do segundo grausegundo grausegundo grausegundo grau

• Máxima energia radiante durante 1

segundo sem sofrer queimadura do

segundo grau-

• Estudos de A.M Stoll e M. A. Chianta, publicado em 1969 -Aerospace Medicine

1,2 cal / cm2 ou 5 joule/ cm2


CálculoCálculoCálculoCálculo

Cálculo de

Curto Circuito

Estudo de

Seletividade

Corrente de

Arco Elétrico

Tempo de

Extinção do Arco

Energia

Normalizada

100% 85%

Energia

irradiada

100% 85%


Curto CircuitoCurto CircuitoCurto CircuitoCurto Circuito

• Calcular corrente de curto circuito franco trifásico.

11

1 g

ei

z z=

+

[kA]IiI Base1cc ×=

22,05[kA]Icc(4) =

tL

R

CCcc(4) eII×−

×=


SeletividadeSeletividadeSeletividadeSeletividade

• Verificar Parametrização de todos os dispositivos.

• Levantar curvas de relés, disjuntores e fusíveis.


Arco ElétricoArco ElétricoArco ElétricoArco Elétrico

ccccIcc logIG0.00304logIV0.5588G0.000526V0.0966logI0.662K

arco 10I××−××+×+×+×+

=

i - Corrente do Arco:G = 25mm

V = 0.48kV

Icc = 22,05kA

log22.05050.00304log22.0548.00.5588050.00052648.00.0966log22,050.662097.0

arco 10I ××−××+×+×+×+−

=

10,5[kA]Iarco =

[kA]92.885%Iarco =


Arco Elétrico (cont)Arco Elétrico (cont)Arco Elétrico (cont)Arco Elétrico (cont)

0,5s

ttrip = 0,5s (100% e 85%)

ii – tempo de extinção

do arco


ArcoArcoArcoArco ElétricoElétricoElétricoElétrico (cont)(cont)(cont)(cont)

)0011.0log081.1(

n2110E

GIKK arco ×+×++

=

2)500011.035,12log081.1113.0555.0(

n /09.310E cmJ==×+×+−−

2)500011.05,10log081.1113.0555.0(

n /59.210E cmJ==×+×+−−

arcoI%85

arcoI%100

iii – Energia normalizada


ArcoArcoArcoArco ElétricoElétricoElétricoElétrico (cont)(cont)(cont)(cont)

arcoI%85arcoI%100

××××=

641,1

641,1

455

610

2,0

5,009,35,1184.4E

××××=

641,1

641,1

455

610

2,0

5,059,25,1184.4E

22 /8,18/43,78E cmcalcmJ ==22 /71,15/74,65E cmcalcmJ ==

×

×××=

x

x

nfD

tEC

610

2,0184.4E

iv – Energia do arco


Abordagem 6 sigmaAbordagem 6 sigmaAbordagem 6 sigmaAbordagem 6 sigmaDefinição do problemaDefinição do problemaDefinição do problemaDefinição do problema

• Cliente: Liderança de operações

• Voz do cliente

• Minimizar exposição dos eletricistas ao

risco do arco

• Melhor adequar os EPI’s dos eletricistas

às atividades que eles tem que

desempenhar

• Direção do negócio: Zero Incidentes!

• Traduzir anseios em objetivos tangíveis

• Compromisso: Proteção x Conforto


Abordagem 6 sigmaAbordagem 6 sigmaAbordagem 6 sigmaAbordagem 6 sigmaDados do projetoDados do projetoDados do projetoDados do projeto

• Problema:• 11% dos painéis apresentam risco não gerenciável de

exposição aos arcos elétricos (E>40cal/cm2)

• Vestimentas acima com proteção acima de 20 cal/cm2 são difíceis de serem gerenciadas

• Objetivo• Minimizar os atuais 24% dos painéis com energias acima de

20 cal/cm2 para menos de 8% (benchmark).

• Definir critérios para novos projetos que minimizem o risco de arcos elétricos

• Escopo de trabalho• Processo de especificação de EPI de 5 unidades produtivas


S I P O C

Especificações

de engenharia

Coletar informações da

instalação

Determinar os modos de

operação

Determinar as correntes de

arco

Determinar as características

da proteção

Documentar as tensões e

tipos de equipamento

Selecionar as distâncias de

trabalho

Engenharia

Especificação do

EPI

Operações

Informações de

operação

Operações

Determinar a energia do arco

Determinar o EPI adequado

Abordagem 6 sigmaAbordagem 6 sigmaAbordagem 6 sigmaAbordagem 6 sigmaSIPOCSIPOCSIPOCSIPOC


Abordagem 6 sigmaAbordagem 6 sigmaAbordagem 6 sigmaAbordagem 6 sigmaDiagrama espinha de peixeDiagrama espinha de peixeDiagrama espinha de peixeDiagrama espinha de peixe

Energia do Arconos painéis

Curto Circuito Proteção

Instalação Cálculo

X11 Distância do Alimentador X15 Distância barras

X10 Tipo de equipamento X14 Bitola alimentador

X16 Queda de tensão

X2 Corrente de arco

X1 Concessionária MVA X4 Transformador kVA

X19 Distância de trabalho

X7 Tipo de proteção

X8 Corrente de pickup

X9 Fabricante

X5 Tempo de atuação

X6 Corrente nominalX3 Corrente de curto

X12 Tensão da barra

X18 Limites IEEE 1584

X13 Lado da falta X17 Descoordenação

X20 Máxima duração

X21 Ajuste instantâneo/Ampacidade


Abordagem 6 sigmaAbordagem 6 sigmaAbordagem 6 sigmaAbordagem 6 sigmaCaracterísticas dos dadosCaracterísticas dos dadosCaracterísticas dos dadosCaracterísticas dos dados

Histogram of YE

YE

Fre

qu

en

cy

0 20 40 60 80 100

020

40

60

80

• Dados não normais com excesso de zeros

• Aplicação de ferramentas de teste de hipóteses limitada

• Transformação da variável Y, incorre em distribuição mais próximo da Normal (Johnson transformation).

• Há multicolinearidade entre os X

Histogram of YT

YT

Fre

que

ncy

2 4 6 8

010

20

30

40


2,41,60,80,0-0,8-1,6-2,4

USL*

transformed dataProcess Data

Sample N 149

StDev 23,8045

Shape1 -2,20811

Shape2 0,526295

Location 0,0923885

LSL

Scale 0,0642174

A fter Transformation

LSL* *

Target* *

USL* 1,17583

Sample Mean*

*

-0,0180784

StDev * 1,06913

Target *

USL 20

Sample Mean 11,1423

O v erall C apability

Z.Bench 1,12

Z.LSL *

Z.USL 1,12

Ppk 0,37

O bserv ed Performance

PPM < LSL *

PPM > USL 140940

PPM Total 140940

Exp. O v erall Performance

PPM < LSL *

PPM > USL 132060

PPM Total 132060

Process Capability of YJohnson Transformation with SU Distribution Type

Abordagem 6 sigmaAbordagem 6 sigmaAbordagem 6 sigmaAbordagem 6 sigmaCapacidade do processoCapacidade do processoCapacidade do processoCapacidade do processo


2,71,80,90,0-0,9-1,8-2,7

USL*

transformed dataProcess Data

Sample N 149

StDev 10,158

Shape1 4,19654

Shape2 0,673107

Location -0,0434663

LSL

Scale 979,723

A fter Transformation

LSL* *

Target* *

USL* 1,5925

Sample Mean*

*

-0,0266177

StDev * 0,963449

Target *

USL 20

Sample Mean 4,87054

O verall C apability

Z.Bench 1,68

Z.LSL *

Z.USL 1,68

Ppk 0,56

O bserv ed Performance

PPM < LSL *

PPM > USL 46979,9

PPM Total 46979,9

Exp. O v erall Performance

PPM < LSL *

PPM > USL 46426,0

PPM Total 46426,0

Process Capability of Y6Johnson Transformation with SB Distribution Type

Abordagem 6 sigmaAbordagem 6 sigmaAbordagem 6 sigmaAbordagem 6 sigmaCapacidade do processoCapacidade do processoCapacidade do processoCapacidade do processo

Atende Atende Atende Atende especificação especificação especificação especificação do processodo processodo processodo processo


Abordagem 6 sigmaAbordagem 6 sigmaAbordagem 6 sigmaAbordagem 6 sigmaExemplo de teste de hipóteseExemplo de teste de hipóteseExemplo de teste de hipóteseExemplo de teste de hipótese

X14:Feeder mm2Y

500040003000200010000

160

140

120

100

80

60

40

20

0

S 19,1957

R-Sq 35,4%

R-Sq(adj) 35,0%

Fitted Line PlotY = 2,880 + 0,01652 X14:Feeder mm2

Regression Analysis: Y versus X14:Feeder mm2

The regression equation is

Y = 2,880 + 0,01652 X14:Feeder mm2

S = 19,1957 R-Sq = 35,4% R-Sq(adj) = 35,0%

Analysis of Variance

Source DF SS MS F P

Regression 1 29698,6 29698,6 80,60 0,000

Error 147 54165,9 368,5

Total 148 83864,5

Vital x


Abordagem 6 sigmaAbordagem 6 sigmaAbordagem 6 sigmaAbordagem 6 sigmaSumário dos testes de hipótesesSumário dos testes de hipótesesSumário dos testes de hipótesesSumário dos testes de hipóteses

Y: Energia do a rco Teste de hipótese Status

X1: Concess ionária MVA Regres s ion Trivial

X2: Corrente de Arco Regres s ion Vital

X3: Corrente de curto Regres s ion Vital

X4: Transformador kVA ANOVA Trivial

X5: Tempo de a tuação Regres s ion Vital

X6: Corrente nominal Regres s ion Vital

X7: Tipo de Proteção ANOVA Vital

X8: Corrente de pick up Regres s ion Vital

X9: Fabricante ANOVA Vital

X10: Tipo de equipamento ANOVA Trivial

X11: Dis tância do a limentador Regres s ion Vital

X12: Tensão da barra Regres s ion Trivial

X13: Lado da linha ANOVA Vital

X14: Bitola a limentador Regres s ion Vital

X15: Dis tância entre barras Regres s ion Vital

X16: Dis tância de trabalho Regres s ion Vital

X17:Queda de tensão Regres s ion Vital

X18: Limites IEEE 1584 ANOVA Trivial

X19: Descoordenação ANOVA Trivial

X20: Máxima duração ANOVA Vital

X21: Ajus te ins tantâneo/Ampacidade Regres s ion Trivial


Abordagem 6 sigmaAbordagem 6 sigmaAbordagem 6 sigmaAbordagem 6 sigmaResumo das interferências realizadasResumo das interferências realizadasResumo das interferências realizadasResumo das interferências realizadas

• Substituição de relés à óleo por relés eletrônicos

• Substituição de fabricante de disjuntores

• Alteração no ajuste instantâneo de disnjuntores

• Adequação da capacidade de curto do disjuntor à capacidade de curto da instalação

• Instalação de novo cabo para adequar capacidade de curto e queda de tensão.


ConclusõesConclusõesConclusõesConclusões

• Uso de EPIs acima de classe 2 aumenta dramaticamente os custos e a dificuldade do trabalho

• Cálculos de energia do arco não são exatos ou próximos disso

• Na maioria das unidades pesquisadas, o lugar mais perigoso da fábrica é o painel secundário do transformador

• Energias mais altas estão nos painéis onde os eletricistas passam mais tempo com painéis energizados


• Energias altas são tipicamente atribuídas a:

• Altas correntes de curto (secundário de transformadores)

• Altos tempos de atuação (atuação não ocorre no estágio instantâneo da proteção)

• Painéis com muitos componentes juntos solicitam maior proximidade do eletricista que implica maior proximidade e exposição.

• Correntes de arco estão tipicamente entre 50% e 70% da corrente de curto. Difícil de coordenar.

• Conjunto disjuntor-condutor mal dimensionados.

• Transformadores em paralelo ou múltiplas fontes



• Não existe uma única solução para redução da energia do arco

• Medidas aplicadas em conjunto são mais eficazes para reduzir as energias devido multicolinearidade das variáveis

• Entre as conseqüências da multicolinearidade em uma regressão destacam-se erros-padrão elevados afetando a significância dos coeficientes

• O uso de disjuntores é mais efetivo para prover valores menores de energia em relação aos relés e fusíveis



ReferênciasReferênciasReferênciasReferências

• IEEE 1584 2002 - IEEE Guide for Performing Arc-Flash Hazard Calculations

• IEEE Industry Applications Society - Sponsored by the Petroleum and Chemical Industry Committee

• Lee, Ralph., “The other electrical hazard arc blast burns,” IEEE Transactions on Industry Applications, vol 1A-18. no.3, p. 246, May/June 1982

• Myers, R. H., Montgomery, D.C., “A tutorial on Generalized Linear Models” – Journal of quality technology – Jul1997

• Tomiyoshi, L. K. - Vestimenta de proteção contraqueimaduras por arcos elétricos – Eletricidade Moderna, Jun 2004


Dúvidas?Dúvidas?Dúvidas?Dúvidas?

Fábio Correa Leite

[email protected]

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