O que é Tensão de Transferência de Falha e o que a causa nos sistemas de baixa tensão？

Tensão de Falha Transferida

Nos sistemas de distribuição de baixa tensão, existe um tipo de acidente de choque elétrico pessoal em que o local de ocorrência do acidente e o ponto de falha do sistema não estão na mesma localização. Este tipo de acidente ocorre porque, após uma falha à terra acontecer em outro lugar, a tensão de falha gerada é conduzida para as carcaças metálicas de outros equipamentos através do fio PE ou PEN. Quando a tensão de falha na carcaça metálica do equipamento é superior à tensão segura para o corpo humano, ocorrerá um acidente de choque elétrico quando o corpo humano entrar em contato com a carcaça metálica do equipamento. Esta tensão de falha é transferida de outros lugares, por isso é chamada de tensão de falha transferida.

Existem principalmente duas razões pelas quais a tensão de falha transferida faz com que o ponto de falha à terra e o ponto do acidente não estejam na mesma localização:

• Uma falha à terra no sistema de média tensão causa uma tensão de falha transferida no sistema de baixa tensão;

• A carcaça de um dispositivo no sistema TN falha e fica energizada, causando que as carcaças de todos os outros aparelhos elétricos tenham a tensão de falha transferida;

1. Tensão de Falha Transferida do Sistema de Baixa Tensão para o Sistema de Baixa Tensão

No sistema TN, as carcaças de todos os aparelhos elétricos estão conectadas. Neste caso, se um dispositivo falhar e sua carcaça ficar energizada, também causará uma diferença de potencial em relação ao solo em outros dispositivos, resultando em uma tensão de falha transferida.

O tipo de sistema de aterramento de baixa tensão é o sistema TN. Quando ocorre uma falha à terra monofásica em um circuito de saída monofásico de baixa tensão, a corrente de falha à terra passa pelo ponto de falha, o solo e a resistência de aterramento do transformador de distribuição, retornando ao transformador para formar um circuito. Devido à grande resistência no ponto de falha, a corrente de falha é pequena e insuficiente para fazer o disjuntor operar. A corrente de falha passa pela resistência de aterramento do transformador de distribuição, e uma tensão de falha será gerada nessa resistência. Essa tensão de falha será conduzida às carcaças metálicas dos equipamentos ao longo do fio PE, gerando assim uma tensão de falha transferida e causando o ponto de ocorrência do acidente de choque elétrico;

2. Transferência de Tensão de Falha do Sistema de Média Tensão para o Sistema de Baixa Tensão

Um transformador de distribuição 10/0,4 kV deve ter dois dispositivos de aterramento independentes: aterramento de proteção para o transformador e aterramento de trabalho para o sistema de baixa tensão. No entanto, para simplificar o aterramento e reduzir os custos de construção, o aterramento de proteção da maioria dos transformadores de distribuição de média tensão compartilha um único eletrodo de aterramento com o aterramento de trabalho do sistema de baixa tensão. Isso significa que, se ocorrer uma falha no invólucro do tanque na parte de média tensão do transformador de distribuição, uma tensão de falha transferida será induzida nas linhas do sistema de baixa tensão e até mesmo nas carcaças de todos os equipamentos.

Esta falha essencialmente decorre de uma falha à terra monofásica no sistema de média tensão.

Quando ocorre uma falha no invólucro do tanque do transformador de distribuição, gera-se uma corrente de falha à terra. Se o sistema de baixa tensão usar o método de aterramento TN, o aterramento repetido do fio PE faz com que a corrente de falha se divida. Uma parte retorna ao solo através da resistência de aterramento de trabalho do sistema de baixa tensão do transformador, enquanto outra parte retorna ao solo através da resistência de aterramento repetido ao longo do fio PE antes de voltar à fonte de energia de média tensão. A corrente de falha passa pela resistência de aterramento de trabalho do sistema de baixa tensão, criando uma queda de tensão nesta resistência. Isso causa uma diferença de potencial entre o ponto neutro da fonte de energia do sistema de baixa tensão e o solo. Esta diferença de potencial propaga-se às linhas de distribuição de baixa tensão, resultando em uma sobretensão transferida. Em um sistema de aterramento TN, esta sobretensão transferida pode se espalhar até as carcaças de todos os equipamentos de baixa tensão através do fio PE.

A magnitude da corrente de falha depende principalmente do método de aterramento do sistema de média tensão e da corrente de capacitância distribuída. A amplitude da tensão de falha transferida está intimamente relacionada aos métodos de aterramento tanto do sistema de média tensão quanto do sistema de baixa tensão, sendo o método de aterramento do sistema de média tensão decisivo.

Classificação de amplitude da tensão de falha transferida: Sistema de aterramento de baixa resistência > Sistema não aterrado > Sistema de aterramento com bobina de extinção de arco;
Um sistema de média tensão com ponto neutro aterrado por uma baixa resistência e um sistema de baixa tensão usando o método de aterramento TN são mais propensos a acidentes de choque elétrico, representando uma ameaça significativa à segurança pessoal dos usuários.

Conclusão

• A tensão de falha transferida faz com que o ponto de falha à terra e o ponto do acidente sejam desarticulados em dois cenários principais: 1) Uma falha à terra no sistema de média tensão induz uma tensão de falha transferida no sistema de baixa tensão; 2) Uma carcaça de dispositivo defeituosa e energizada no sistema TN causa tensão de falha transferida em todas as outras carcaças de aparelhos elétricos;

• Para esses dois tipos de tensão de falha transferida, o ponto de falha à terra e o ponto do acidente de choque elétrico não coincidem. O ponto de aterramento é difícil de detectar, e a causa raiz do acidente de tensão de falha transferida é difícil de analisar. Com as carcaças metálicas dos equipamentos carregadas pela tensão de falha transferida, o risco de choque elétrico para as pessoas aumenta em certo grau.