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O Setor Elétrico / Outubro de 2009Compatibilidade Eletromagnética em Sistemas Elétricos
Por Roberto Menna Barreto*
Capítulo X
Radiação não-ionizante (exposição humana a campos eletromagnéticos)
ComaefetivaçãodaLeinº11.934,de5demaio
de2009,quedispõesobrelimitesàexposiçãohumana
a campos elétricos, magnéticos e eletromagnéticos,
devemos incluir também as exigências de
segurança para os trabalhadores expostos a campos
eletromagnéticos,noquedizrespeitoàsegurançados
empregadosquetrabalhameminstalaçõeselétricas.
Com a alta exposição dos empregados
que trabalham em instalações elétricas, pela
proximidade de condutores de alta voltagem
e alta corrente, é importante estar ciente dos
efeitos da exposição a estes campos e dos níveis
recomendadosdesegurança.
Existem vários mecanismos estabelecidos para
descreverosefeitosbiológicosdecamposelétricose
magnéticos de baixa frequência em seres humanos.
Os padrões atuais de segurança dizem respeito,
principalmente,aefeitosagudosedecurtoprazo.
Atualmente, não existem evidências
suficientemente confiáveis sobre os malefícios à
saúdeoudoenças,incluindoocâncer,resultantesda
baixaexposiçãoacamposelétricosemagnéticosde
longoprazo.Nãoexistemecanismocapazdeoferecer
umfundamentoparasepreverosefeitosdaexposição
de longo prazo. As associações entre exposição de
longo prazo e doenças, inclusive leucemia infantil,
sãoincertasnestemomento.
Limites de segurança Enquanto ainda existe uma grande discussão
sobre os possíveis efeitos da baixa exposição a
campos elétricos e magnéticos em frequências
industriais,jáexisteminúmerospadrõesdesegurança
queforamadotadosparaaaltaexposição,decaráter
imediato, dos trabalhadores. Esses padrões incluem
asnormaselaboradaspelaInternationalCommission
on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP) e a
norma de segurança IEEE C95.6-2002, Standard for
Safety Levels with respect to Human Exposure to
Eletromagnetic Fields 0-3 kHz (Padrões para Níveis
de Segurança com Respeito à Exposição Humana
a Campos Eletromagnéticos). Estes padrões, junto
coma norma IEEEC95.1-1999” Standard for Safety
Levels with Respect to Human Exposure to Radio
Frequency Eletromagnetic Fields 3kHz-300 GHz
(Padrões para Níveis de segurança com Respeito à
Exposição Humana a Campos Eletromagnéticos de
RadioFrequência)cobremapartenão ionizantedo
espectroeletromagnético.
Oslimitesdesegurançadescritostêmaintenção
de evitar os seguintes efeitos biológicos (do IEEE
C95.6SafetyStandard):
• Estimulação dolorosa ou aversiva dos neurônios
motoresousensoriais;
• Excitação muscular capaz de conduzir a dano
ou ferimento durante a execução de atividades
potencialmenteperigosas;
• Excitação de neurônios ou alteração direta de
atividadenocérebro;
•Excitaçãocardíaca;
• Efeitos adversos associados com potenciais ou
forçassobreamovimentaçãorápidadecargasdentro
docorpo,taiscomonofluxosanguíneo.
Nos locais de trabalho, monitoramos as
intensidades dos campos elétricos e magnéticos,
porém estes não são os mecanismos importantes
dentro dos nossos corpos que podem causar
problemasdesaúde.Asmediçõesmaisimportantes
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O Setor Elétrico / Outubro de 2009
depossíveisdanosà saúdede trabalhadores sãochamadasde
“restrições básicas”. Usamos medições de campos externos
(intensidadesdoscamposelétricoemagnético)parapreveras
restrições básicas internas. Em frequências de até 100 kHz, a
restriçãobásicade segurançaéocampoelétrico internooua
densidade de corrente interna induzida no corpo. Acima dos
100kHzeatécercade6GHz,ofatordominantedesegurança
éaTaxadeAbsorçãoEspecífica (SAR-SpecificAbsortionRate).
Acimade6GHz,ofatorpassaasermaisaabsorçãosuperficial
deenergia(umefeitosobreapele).
Trabalhadoresde instalaçõeselétricaspodemestarexpostos
acamposeletromagnéticosdemaiorfrequência(RF),resultantes
dasantenasderádio-transmissãopróximasàslinhasdeenergia,
assimcomodosequipamentosderádioutilizadosnoseutrabalho.
Tambémtemsetornadomaisfrequenteainstalaçãodeestações
rádio-basedetelefoniamóvelemtorresdelinhasdetransmissão,
oquepodeexporo trabalhador a camposeletromagnéticosde
radiofrequência.
Limitaremos nossa discussão ao âmbito da segurança que
pode existir em face dos campos elétricos e magnéticos em
frequênciasindustriais(50Hze60Hz).Emfrequênciasindustriais,
asdiretrizesdo ICNIRPsãoelaboradaspara limitarascorrentes
induzidasnocorpo,de10mA/m2paraotrabalhadorede2mA/
m2paraopúblicoemgeral.
Para estas discussões, a intensidade de campos elétricos é
expressa em unidades deVolts/metro (V/m). A intensidade de
camposmagnéticos é expressa emunidades deAmpères/metro
(A/m)easdensidadesdefluxomagnéticoemunidadesdeTesla.
A unidadeTesla émuito grande, em geral limitada à descrição
decamposmagnéticosdealtaintensidadecomodecamposDC
(estático) em magnetos. A exposição a campos magnéticos de
frequênciaindustrial,relacionadaàsegurançaesaúdehumana,é
geralmenteexpressaemunidadesdemillitesla[mT],equivalente
à 1/1000 tesla, ou em unidades de microtesla [μT] igual a
1/1.000.000Tesla.
AsdiretrizesdoICNIRP,adotadasnoBrasil,recomendamos
seguinteslimitesdeexposição:
Entre 25 Hz e 820 Hz, o limite do campo elétrico é calculado
como500/f[V/m],emqueafrequênciaéexpressaemunidadesde
kilohertz(kHz).Em60Hz,aexposiçãomáximaacamposelétricos
passaaser500/0,060=8.333V/m.Olimitedeexposiçãoparao
públicoemgeraléde250/feaexposiçãoem60Hzpassaaser
4.170V/m.
O limite de intensidade de campomagnético (H) da ICNIRP é
definidocomo25000/f[μT],queresultaemumvalora60Hzde
417μT.O limitedeexposiçãoparaopúblicoemgeral é igual a
5000/f[μT],queequivalea83μT.
AsdiretrizesdoICNIRPnãofazemdiferenciaçãodasexposiçõesna
cabeça,troncoemembros(braçosepernas).
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O Setor Elétrico / Outubro de 2009Compatibilidade Eletromagnética em Sistemas Elétricos EstesvaloreslimitesouvaloresdeExposiçãoMáximaPermitida
(EMP)sãoresumidosdaseguintemaneira:
Pontos de medição
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Campo elétrico(V/m)
7,7k
4,9k
3,0k
1,3k
39,1
59,9
42,3
6,2
10,9
Campo magnético
(mG)
57,4
15,5
15,2
7,0
24,8
23,1
23,9
14,4
16,0
Pontos de medição
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Campo elétrico(V/m)
3,2k
9,1k
5,5k
0,5k
5,3k
3,2
0,9
1,4
2,7
Campo magnético
(mG)
22,3
61,2
28,0
17,5
30,4
10,3
8,7
10,9
9,2
Subestação #1 Subestação #2
60 Hz – Limites
de exposição
humana
ICNIRP
Trabalhador
417
Trabalhador
8.333
Público
83
Público
4.170
Campo elétrico
(V/m)
Campo magnético
(μT)
Na faixa ELF do espectro eletromagnético (extremely low
frequency),aexposiçãoacampossedásemprenaregiãodecampo
próximo(menosdeumcomprimentodeonda,queem60Hzéde
5.000km).Porcausadisso,é semprenecessário seconsideraro
monitoramentodeambososcamposelétricoemagnéticoporque
estes campos não estão acoplados, como é o caso da faixa de
radiofrequência.
Medições Arealizaçãodeumamediçãoexploratóriaespacial(survey)já
poderáindicarsituaçõesderiscoparaasaúde,comonoscasosdas
medições apresentadas a seguir, realizadas emduas subestações
elétricas(osvaloresmaisaltoscorrespondemnaturalmentealocais
nopátio,eosmaisbaixossãoreferentesàcasadecomando):
Exemplo de valores de intensidade de campo medidos em
duas subestações
Campos elétricos de frequência extremamente baixa (ELF,
comonocasode frequências industriais)sãomedidosusando-se
medidoresdecorrentededeslocamento.Umsensordecorrente
de deslocamento usa o princípio de que quando duas placas
condutores planas paralelas são interconectadas, irá existir
uma corrente de deslocamento fluindo entre elas quando as
placas estiverem localizadas num campo elétrico. Isso pode ser
exemplificado lembrando que o campo elétrico entre as duas
placasdeveserzeroquandoestãointerconectadas(elasestãono
mesmopotencialenãopodehavercampoelétricoentreelas).Ao
secolocartalsensornumcampoelétricoconhecido,acorrentede
deslocamentopodeserrelacionadadiretamentecomaamplitude
docampoqueacausa,permitindosuacalibração.
Aosemedircamposelétricosdebaixafrequênciaéimportante
lembrarquequalquermaterialnãocondutor (dielétrico)próximo
afetaráaindicaçãodocampomedido.Issoincluiárvores,plantas
e pessoas. Para a realização de medições precisas de campos
elétricos, o sensor deve estar orientado perpendicularmente às
linhasdocampoincidenteparaaobtençãodaleituramáxima.
Camposmagnéticos de baixa frequência variando no tempo
(AC) são normalmente medidos usando-se “loops” (espiras)
indutivosdenúcleodearalinhadoscomocampomagnéticoaser
medido.Asaídado“loop”écalibradaparaindicaraintensidade
docampomagnético,emAmpèrespormetro,ouadensidadede
fluxodecampomagnético,emunidadesdeGaussouTesla.
Um campo magnético variando no tempo induzirá uma
corrente em uma espira (“loop”) condutora proporcional à
amplitudedadensidadedefluxodecampomagnéticoetambém
à frequência do campomagnético.A compensação da saída da
espirapelaintegraçãodosinalououtrosmeiosproduzumasaída
proporcional aovalormédiodaamplitudedocampomagnético
atravésdaespira.Ascaracterísticaselétricasdaespiraedosseus
circuitos associados determinam a faixa de frequência utilizável
da espira. Uma faixa de frequência efetiva estendendo a partir
dafundamental(50/60Hz)até2.000Hzpermitiráamediçãoda
maioriadoscomponentesharmônicos.
Campos com forte conteúdo de harmônicas e de altas
intensidadespoderãonecessitardeinvestigaçõescomplementares
para seassegurarqueas intensidadesdecampodasharmônicas
nãoexcedamos seus respectivos limites. Essa é a situaçãogeral
quandoasdiretrizesdesegurançasãodependentesdafrequência.
Porexemplo,asdiretrizesdoICNIRPparaexposiçãoocupacionalé
25.000/f[μT].Nafrequênciafundamentalde60Hz,ovalorlimite
é417μT.Ovalorlimitenaterceiraharmônica(180Hz)é139μT
ou33%dovalorlimitedafrequênciafundamental.
Acorrenteresultantedo“loop”émostradaemumdispositivo
deleituraadequado,calibradoparaindicarasunidadesdesejadas.
Umsensordeespira(“loop”,bobina)nãofuncionaparamedição
decamposmagnéticosDC(estáticoou0Hz).
Naconfiguraçãomaissimples,umaúnicaespiraéusadapara
o acoplamento do campomagnético. Como campos elétricos e
magnéticossãoquantidadesvetoriais,comamplitudetantoquanto
direção,aorientaçãodabobinaemrelaçãoàdireçãodocampo
afetaráoresultadomedido.Osinalresultanteserámáximoquando
o eixo das espiras estiver alinhado com a direção do campo
magnético.
Àmedidaquesefazrotaçãodabobina(oânguloentreabobina
eocampoaumentade0a90graus),asaídadabobinamostrará
umarelaçãosenoidalcomoângulo(co-seno).
Quandoseusaumsensorcombobinadeeixoúnicoénecessário
sealinharabobinacomocampo(obtendoleituramáxima)ouentão
obtertrêsleiturasortogonais–cadaleituraortogonal(normal)àsoutras
duas.Ascomponentesdostrêscampospodementãosercombinadas
emumasomavetorialparaobtençãodo“valordocamporesultante”.
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Apoio
O Setor Elétrico / Outubro de 2009
* ROBERTO MENNA BARRETO é engenheiro eletricista e sócio-
gerente da QEMC, empresa de consultoria na área de Compatibilidade
Eletromagnética (EMC) e de proteção de instalações de sistemas
eletrônicos contra descargas atmosféricas e seus efeitos.
Este artigo é baseado em um trabalho de Dave Baron para QEMC e
traduzido por Susan Berger.
CONTINUA NA PRÓXIMA EDIÇÃOConfira todos os artigos deste fascículo em www.osetoreletrico.com.brDúvidas, sugestões e comentários podem ser encaminhados para o
e-mail [email protected]
Compatibilidade Eletromagnética em Sistemas Elétricos R2=X2+Y2+Z2
Alternativamente, três bobinas podem ser ordenadas em um
único sensor, com as bobinas arranjadas de maneira ortogonal
concêntrica.Osresultadosindividuaissãoentãocombinadospara
forneceroresultadodasomavetorialoumediçãoisotrópica.
Em um campo magnético monofásico (todas as correntes
geradorasdecampotêmamesmafase),ovetorcampomagnético
temumadireçãoconstanteemudaaamplitudenafrequênciado
campo.Quandooscampossãoresultantesdofluxodecorrentes
em um sistema trifásico, o campo magnético resultante pode
pareceremrotaçãonoespaço.
Enquantosensoresdebobinascomnúcleodearsãoutilizados
tipicamente paramedições de camposmagnéticos no ambiente,
a sensibilidade das medições pode ser aumentada usando-se
um núcleo de ferro ou ferrite. Deve-se notar que tais sensores
interagirãomaiscomoscampose,dependendodasvariaçõesnos
campos,afetarãoasleiturasobservadas.
Diferente das medições de campos elétricos, medições
magnéticassãomenosafetadaspelosinstrumentosdemediçãoou
pelo inspetor.Somentematerial ferroso teráefeito substancialna
distribuiçãodocampomagnéticoenaprecisãodasleituras.Nãoé
necessárioisolarosensordecampomagnéticodaleitura.
Figura 1 – Medição de campo magnético em 60 Hz
Ambientes típicos de exposição Pela presença de duas áreas condutoras com potenciais
diferentes (tensões diferentes), campos elétricos são gerados.
Isso pode ocorrer entre dois condutores elétricos compotenciais
diferentesou,maisprovavelmente,entreumcondutorelétricoeo
aterramento(malhadeterra).
Campos elétricos com intensidades próximas dos limites de
exposiçãomáximapermitida(EMP)raramentesãoencontradosemum
ambiente público comum. Campos elétricos desta intensidade estão
geralmentelimitadosàquelesembaixodelinhasdetransmissãodealta
tensãoedentrodesubestaçõeselétricas.Notequeopúblicoemgeral
podeteracessoàsáreasembaixodaslinhasdetransmissão.Dependendo
dospadrõesdesegurançaadotados,épossívelopúblicoficarexpostoa
camposelétricosbemacimadaquelesrecomendadospelasdiretrizesde
segurançadoICNIRP.
Quandonecessário,épossívelblindarcamposelétricos.Como
foi dito anteriormente, árvores e até um capim alto perturbam
os campos elétricos. Diferentes materiais para a implantação
dablindagememuitos tiposde construçõesdeprédios também
oferecemoefeitodeblindagem.
Camposmagnéticos resultamdofluxode correntes. Semfluxo
decorrentenãohácampomagnético.Comopodemosassociaraltas
correntesacircuitosdetensãorelativamentebaixa(240-600VAC),é
possívelficarbempróximoaumcondutorelétricoemumaáreaem
queocampomagnéticoérelativamentealto.Grandeproximidadee
altosníveisdecorrentesãonecessáriosparaseencontrarcamposda
ordemdosníveismáximosdeexposiçãopermitida.
Diferentemente dos campos elétricos, campos magnéticos são
muitomaisdifíceisdeseblindar.Paramuitasaplicações,éimpraticávela
tentativadeseobterumareduçãosignificativanosníveisdeintensidade
de campo magnético, embora existam empresas de consultoria que
afirmamtersucessoemprojetosdeblindagememlargaescala.
Umamaiorpreocupaçãopráticaéaexposiçãoacamposelétricose
magnéticosdepessoascomaparelhosmédicoseletrônicosimplantados,
ouexternos.Marca-passos,desfibriladoresecardioversoresimplantáveis
estãoentreosaparelhosquepodemsermaissuscetíveisaestetipode
interferência devido ao campo presente. Um grande fabricante de
aparelhosmédicos recomenda que a exposição demarca passos ou
aparelhoseletrônicosimplantáveisacampoelétricode60Hzdevese
limitaranãomaisdoque6.000V/meaexposiçãoacampomagnéticoa
nãomaisdoque100μT.Níveisdecampomagnéticode60μT–80μT
podemsermedidosnasuperfíciedeumtransformadorde480V/120V
encontradoemmuitoslocaisacessíveisdefábricas.
Este fabricante recomenda que pessoas com implantes de
equipamentosmédicosmantenhamumadistânciadepelomenosdois
metrosdecondutoresdealtacorrenteeumadistânciade8mdelinhas
de transmissão que excedam 100 kV.Mais informações sobre estes
tópicosestãodisponíveisnosfabricantesdeequipamentosmédicos.
Normas de segurança relacionadas a campos elétricos e
magnéticos na frequência industrial estão atualmente disponíveis
paraavaliaçãodasegurançaemambientesde trabalho.Medições
emonitoramentocriteriososgeralmentedemonstramqueamaioria
dos ambientes de trabalho está dentro dos limites de valores
recomendadosporestasdiretrizes.