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PONTA GROSSA 2019
ISAÍAS VANDOSKI PEREIRA
SISTEMA DE ATERRAMENTO IT APLICADO A HOSPITAIS
ISAÍAS VANDOSKI PEREIRA
SISTEMA DE ATERRAMENTO IT APLICADO A HOSPITAIS
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado a UNOPAR, como requisito parcial para obtenção do título de graduado em Engenharia Elétrica.
Orientador: Ana Rodrigues
PONTA GROSSA 2019
ISAÍAS VANDOSKI PEREIRA
SISTEMA DE ATERRAMENTO IT APLICADO A HOSPITAIS
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado a UNOPAR, como requisito parcial para obtenção do título de graduado em Engenharia Elétrica.
BANCA EXAMINADORA
Prof(a). Titulação Nome do Professor(a)
Prof(a). Titulação Nome do Professor(a)
Prof(a). Titulação Nome do Professor(a)
Ponta Grossa, 31 de Maio de 2019.
Dedico este trabalho a minha mulher que tanto me
apoiou nos momentos difíceis, a minha mãe que sempre
acreditou no meu potencial e aos meus professores que
me inspiraram nesta jornada.
Deixem que o futuro diga a verdade e avalie cada um
de acordo com o seu trabalho e realizações. O
presente pertence a eles, mas o futuro pelo qual eu
sempre trabalhei pertence a mim. Nikola Tesla.
Pereira, Isaías Vandoski. Sistema de aterramento IT aplicado a hospitais. 2019. 39. Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Elétrica – Unopar, Ponta Grossa, 2019.
RESUMO
Esta pesquisa trata do sistema de aterramento IT aplicado em hospitais e busca a compreensão acerca de sua utilização e instalação, seus benefícios para o hospital e paciente e outras aplicações práticas. Também apresenta a história das normas regulamentadoras até chegarem a primeira menção deste sistema no Brasil e seu impacto na sociedade. Este tema foi escolhido devido à escassez de material técnico sobre o assunto no país, falta de conhecimento por profissionais da área e baixa adesão por hospitais, que são obrigados por norma a utilizá-lo. Foram utilizadas normas e livros de autores reconhecidos nacionalmente e internacionalmente além de artigos publicados por empresas especialistas da área. Por fim, o sistema IT torna-se uma ferramenta importante na proteção aos pacientes em ambientes hospitalares e seus benefícios são superiores aos demais sistemas de aterramento, como a continuidade de operação do sistema mesmo sob falha, proteção contra choques e redução do risco de incêndio, mas deixa a desejar devido à dificuldade de manutenção e custo elevado.
Palavras-chave: Sistema de aterramento IT; Aterramento; Instalações Elétricas
Hospitalares;
PEREIRA, Isaías Vandoski. IT System applied to hospitals. 2019. 35. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Elétrica) – Unopar, Ponta Grossa, 2019.
ABSTRACT
This research treats the IT grounding system applied in hospitals and seeks to understand its use and installation, its benefits to the hospital and patient and other practical applications. It also presents the history of regulatory norms until they reach the first mention of this system in Brazil and its impact on society. This theme was chosen due to the lack of technical material on the subject in the country, lack of knowledge by professionals of the area and low adherence by hospitals, who are obliged the norm to use it. Standards and books of authors recognized nationally and internationally have been used in addition to articles published by specialist companies in the area. Finally, the IT system becomes an important tool in protecting patients in hospital environments and its benefits are superior to other grounding systems, such as continuity of operation of the system even under failure, protection against shocks and reduction of fire risk, but falls short due to the difficulty of maintenance and high cost.
Key-words: IT System; Grounding; electrical installations for hospitals;
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1- Atrito entre âmbar e pedações de papel .................................................... 14
Figura 2 - Zeus .......................................................................................................... 15
Figura 3-Ata da Sessão de fundação da ABNT ......................................................... 17
Figura 4-Aplicação prática do sistema TN-S ............................................................. 18
Figura 5-Esquema TT ............................................................................................... 19
Figura 6-Esquema IT ................................................................................................. 21
Figura 7 - Reações fisiológicas de acordo com a corrente elétrica ........................... 22
Figura 8 - Cálculo de corrente de fuga ...................................................................... 24
Figura 9 - Esquema de Ligação Sistema IT .............................................................. 25
Figura 10 - Transformador Fabricante CM Comandos .............................................. 26
Figura 11 - DSI .......................................................................................................... 27
Figura 12 - Anunciador de Alarme ............................................................................. 28
Figura 13 - Quadro de Disjuntores ............................................................................ 29
Figura 14 – Usina Fotovoltaica no Chile .................................................................... 33
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
NTC Normas Técnicas da Copel
IEC International Electrotechnical Commission
NBR Norma Brasileira
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 11
2 DESENVOLVIMENTO DO SISTEMA IT NO BRASIL E NO MUNDO ................... 13
2.1 ESQUEMA TN ..................................................................................................... 18
2.2 ESQUEMA TT ..................................................................................................... 19
2.3 ESQUEMA IT ...................................................................................................... 19
3 FUNCIONAMENTO E OPERAÇÃO ...................................................................... 22
3.1 EFEITO DO CHOQUE ELÉTRICO NO CORPO HUMANO ................................ 22
3.2 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO ................................................................... 23
3.3 TRANSFORMADOR DE SEPARAÇÃO .............................................................. 25
3.4 DISPOSITIVO SUPERVISOR DE ISOLAMENTO ............................................... 27
3.5 ANUNCIADOR DE ALARME ............................................................................... 27
3.6 QUADRO DE DISJUNTORES ............................................................................ 28
4 VANTAGENS E DESVANTAGENS NA APLICAÇÃO DO SISTEMA IT ............... 30
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................... 35
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 37
11
1 INTRODUÇÃO
Ao longo do tempo a eletricidade tornou-se essencial para a vida humana, hoje
em dia tudo depende dela e são necessárias medidas para mantê-la com qualidade e
sem interrupções, principalmente em locais em que sua falta poderá trazer
consequências graves. Tais medidas podem resultar na utilização de geradores,
sistemas fotovoltaicos, monitores de energia, banco de capacitores e sistemas de
aterramento específicos.
O mundo vive na era da indústria 4.0, uma era onde todos os equipamentos
estão interligados à nuvem e tudo pode ser monitorado remotamente. Neste mesmo
contexto, está surgindo o termo Hospital 4.0, em que o prontuário é eletrônico, a
distribuição de medicamentos e feita de maneira automatizada e que todos os
equipamentos eletro-médicos se comunicam.
Os equipamentos de proteção a vida são conectados com diversos sistemas
de supervisão e dentre os sistemas que mais crescem no mercado está o Sistema de
Aterramento IT. Ele é responsável pela manutenção de energia elétrica para um
equipamento crítico mesmo após falhas na instalação elétrica.
Este sistema elétrico está relacionado diretamente ao Hospital 4.0, pois se
comunica remotamente ao setor de manutenção do hospital em caso de problemas.
Conquanto estiver conectado com outros equipamentos para telemedição, irá fornecer
ao suporte técnico ferramentas poderosas para automação e monitoramento em
tempo real.
O objeto de análise desse trabalho é a utilização de sistemas IT em hospitais,
suas principais vantagens e desvantagens e sobretudo, uma contextualização do
mercado brasileiro para essa tecnologia que ainda é pouco desenvolvida no Brasil.
A metodologia de pesquisa será do tipo revisão de literatura e pesquisa
bibliográfica, pois abordará temas já estudados em livros e normas, com isso, a
principal fonte de dados da pesquisa serão normas nacionais e internacionais sobre
sistemas elétricos. Muitas dessas normas possuem mais de 10 anos de existência e
a linha do tempo pesquisada para o trabalho abrangerá os últimos 60 anos. A forma
de busca será através da internet, em sites de fabricantes, órgãos reguladores e
páginas de artigos acadêmicos e também serão utilizados livros e revistas
disponibilizados pela faculdade para complementação do conhecimento. As palavras
12
chave utilizadas no momento da busca foram: “Sistema IT”, “Instalações Elétricas”,
“Instalações Elétricas Hospitalares”, “Tipos de aterramento”.
13
2 DESENVOLVIMENTO DO SISTEMA IT NO BRASIL E NO MUNDO
A energia elétrica, ou apenas, eletricidade, é o trabalho realizado pela corrente
elétrica mediante uma diferença de potencial em um condutor. Ela é utilizada para
gerar força em um determinado corpo, substância ou sistema físico. Ela pode ser
produzida de diferentes formas através de usinas hidrelétricas, térmicas, solares,
entre outras. (ESCOLA, 2018)
Para entender a eletricidade é preciso começar pelo átomo, elemento presente
na natureza como base de uma infinidade de formas químicas como o hidrogênio,
carbono e oxigênio. Uma combinação de vários átomos forma uma molécula que dá
origem a um elemento e posteriormente produz um material palpável aos humanos.
(TODAMATÉRIA, 2018)
Um átomo é composto por três elementos básicos sendo o próton, nêutron e
elétron: no núcleo ficam alocados o próton e nêutron, enquanto o elétron orbita ao
redor do núcleo. Os prótons têm carga elétrica positiva e possuem uma massa
unitária, os nêutrons não possuem carga elétrica mas possuem massa unitária e os
elétrons tem carga elétrica negativa e quase não possuem massa. Dentro de um
átomo as cargas normalmente estão em equilíbrio, porém, existem casos em que ele
possui mais carga elétrica positiva ou negativa, com isso, o elétron é empurrado ou
puxado para outro átomo próximo, esse movimento é chamado de corrente elétrica
que consequentemente pode ser interpretada como eletricidade. Esse movimento
pode ser direcionado através de cabos, como linhas de transmissão ou por ondas
eletromagnéticas, usadas em novos carregadores sem fio. (TODAMATÉRIA, 2018)
A primeira menção a eletricidade veio pelo filósofo grego Tales de Mileto no
século VI antes de Cristo. Ele viveu entre 624 e 546 a.C. e tinha como pressuposto
que a origem de tudo vinha da água, conceito creditado ao fato de que todo ser vivo
ou planta necessita de água. Ao atritar pedras de âmbar, notou que elas atraiam
objetos leves e secos, conforme mostrado na figura 1. Em 1600 d.C. William Gilbert
se referiu ao experimento de Tales de Mileto como “eletricidade”, palavra derivada do
grego de âmbar e elektron. (TODAMATÉRIA, 2018)
14
Figura 1- Atrito entre âmbar e pedações de papel
Fonte: MORPHETICO (2018).
Em conjunto com o termo eletricidade, há o termo energia, que está sempre
associada a um trabalho. Por isso, diz-se que energia é a capacidade que um corpo
possui de realizar um trabalho. Como exemplo de energia, pode-se citar uma mola
comprimida ou estendida, e a água, represada ou corrente (SENAI-SP, 2002).
Inicialmente, foi usada para se referir a muitos dos fenômenos geológicos explicados
através dos termos como “vis viva” (ou “força viva”) e “calórico”. A palavra energia
apareceu pela primeira vez em 1807, sugerida pelo médico e físico inglês Thomas
Young. A opção de Young pelo termo energia está diretamente relacionada com a
concepção que ele tinha de que a energia informa a capacidade de um corpo realizar
algum tipo de trabalho mecânico (WILSON, 1968).
A energia elétrica se propaga de diversas formas e a séculos atrás, os primeiros
homens saíram das cavernas graças a um fenômeno elétrico existente desde o inínio
do mundo, o raio, foi através dele que as primeiras fogueiras foram acesas e no
começo, tornou-se parte integrante de superstições, de mitos e de deuses, até mesmo
a bíblia faz referência a este fenômeno elétrico o comparando à voz de Deus em Jó
37:4.( NATIONAL WEATHER SERVICE, 2019)
Na Grécia antiga, os gregos acreditavam que qualquer ponto atingido por um
raio era considerado sagrado e que Zeus era o deus dos raios conforme demonstrado
em estátua de época na figura 2, por isso, os templos gregos e romanos eram
frequentemente erguidos nesses locais, onde os deuses eram adorados na tentativa
de apaziguá-los. Além dessas referências, existem muitas outras culturas que
15
elevaram os raios a outro patamar, como na mitologia escandinava com Thor e na
religião hindu com Indra. (HIPERCULTURA, 2018)
Figura 2 - Zeus
Fonte: KARAGEORGHIS (1998).
Posteriormente, nasceu em Boston, Benjamim Franklin, que dentre outros
feitos demonstrou que raios são fenômenos de natureza elétrica e que podem ser
conduzidos através de condutores, estava inventado ali, o para-raios. (PINE’S, 1916).
A eletricidade como hoje é conhecida surgiu a partir de 1880 através de dois
pesquisadores, Thomas Edison e Nikola Tesla. Eles travaram a conhecida “Guerra
das correntes”, porque, um criou a corrente contínua e o outro a alternada, com isso,
travou-se uma verdadeira batalha para decidir qual tecnologia era melhor. (SOUZA,
2016)
Edison nasceu em 1847 nos Estados Unidos e é considerado um dos maiores
inventores da humanidade tendo sua primeira patente registrada quando ele tinha
apenas 21 anos de idade. Ele criou a lâmpada elétrica, o fonógrafo, a válvula
precursora das válvulas de rádio, a bateria, o cinescópio, entre outros. Também
fundou mais 14 empresas, entre elas a General Eletric que existe até hoje. Ele criou
a corrente contínua e a empregava em seus experimentos. (SOUZA, 2016)
Tesla nasceu em 1856 no antigo Império Austro-Húngaro e foi responsável pela
criação do motor elétrico de indução por corrente alternada, também criou a
eletricidade sem fio e foi responsável pela maior revolução da indústria elétrica do
mundo. (SOUZA, 2016)
16
Tesla largou a faculdade de Engenharia Elétrica e começou a trabalhar em uma
empresa de Edison em Londres. Com 27 anos foi transferido para os Estados Unidos
para aplicar melhorias nas máquinas criadas por Edison. Nesse mesmo período
Nikola Tesla já havia patenteado a corrente alternada e apresentado a ideia a Thomas
Edison que não quis ajuda-lo a desenvolve-la, por isso, ele saiu da empresa e obteve
apoio de George Westinghouse, dono de uma companhia elétrica e que estava
disposto a ajuda-lo. (SOUZA, 2016)
Neste momento da história, os dois inventores passaram a disputar pelas suas
criações e a aplica-las em diversas situações. No fim, a corrente alternada foi adotada
pela maior parte dos usuários e se transformou na tecnologia base para o mundo de
hoje, porém, a corrente contínua ainda é amplamente utilizada nos sistemas
eletrônicos de baixa tensão. (SOUZA, 2016)
Com todos esses avanços na eletricidade, antes de 1900 ocorreram diversos
acidentes com pessoas eletrocutadas e incêndios pois não haviam sistemas de
proteção eficiente nem padronização das instalações elétricas. Com isso houve a
necessidade de uma normalização internacional que estabelecesse padrões para seu
uso e então, no começo de 1900, formou-se um comitê internacional que tinha como
objetivo estabelecer normas técnicas sem que fossem envolvidas questões políticas
e financeiras. Esse comitê se reuniu em 1904 através de um Congresso Internacional
de Eletricidade sediado pelos Estados Unidos, em St. Louis. (ABNT, 2011)
Ao fim do Congresso delegados de vários países aprovaram a proposta de
cooperação técnica entre todas as organizações de engenheiros e cientistas com
vistas à uniformização dos termos técnicos e das características de equipamentos e
instrumentos elétricos. Este relatório é considerado o ponto de partida para a
constituição da IEC, cuja sede foi estabelecida em 1906, em Londres (ABNT,2011).
No Brasil, a criação de um órgão regulamentador foi desencadeada em 1929,
da necessidade de engenheiros civis brasileiros em estudar as características do
concreto armado, material mais barato que o ferro na época e a partir deste ponto
foram feitos diversos estudos até que em 1940, foi fundada a Associação Brasileira
de Normas Técnicas (ABNT) que era o órgão responsável por elaborar documentos
técnicos que definissem os padrões brasileiros. (ABNT, 2011)
17
Figura 3-Ata da Sessão de fundação da ABNT
Fonte: ABNT (2011).
Em 1941 surgiu a norma que norteia os sistemas elétricos estudados no
presente trabalho, a NBR5410 que até 2018 sofreu alterações nos anos de 1960,
1980, 1990, 1997 e 2004. Ela estuda os sistemas elétricos de baixa tensão até 1000V
em corrente alternada e 1500V em corrente contínua. Entre os itens abordados, está
a configuração de sistemas capazes de desviar correntes elétricas indesejadas para
a terra. Isso foi introduzido nela em 1980 com a adição dos sistemas de aterramento
TT, TN e IT. (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2011)
O termo terra em eletricidade, nada mais é que um elemento capaz de absorver
energia e não alterar seu estado elétrico, sempre se mantendo neutro ao ambiente
que o cerca. A Terra (planeta) é o “terra” elétrico mais próximo do ideal, pois possui
dimensões que extravasam os limites do objetos que a cercam. (FILHO, 2002)
A medida que foram desenvolvidos sistemas elétricos, notou-se a necessidade
de proteção desses sistemas e das pessoas ao redor deles, de modo que, para isso
aconteça é necessário um condutor de aterramento ligando o equipamento a terra.
(FILHO, 2002)
Pode ser constituído por uma simples barra ligada às estruturas de suporte das
partes vivas e carcaças dos equipamentos (massa) ou até por sistemas mais
complexos, tal como uma rede de condutores paralelos e transversais formando uma
malha. Essa malha é conectada ao conjunto de estruturas de suporte das instalações.
(KINDERMANN,2011)
18
O aterramento é um conjunto de condutores, caixas e hastes que se interligam
entre si e formam uma malha com o objetivo de direcionar eventos elétricos a terra.
Este sistema nada mais é que uma interface entre a edificação a ser protegida e a
todo o planeta. (FILHO, 2002)
Segundo o disposto na NBR5410, os esquemas de aterramento podem ser TN,
TT e IT. (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2004)
2.1 ESQUEMA TN
O sistema TN é subdividido em TN-C, TN-C-S e TN-S, este sistema é
comumente utilizado nas mais diversas aplicações e as concessionárias de energia
aplicam suas normativas para as instalações de seus consumidores. (ASSOCIAÇÃO
BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2004)
Como exemplo, a Copel cita na NTC901110(2016) que o neutro seja aterrado
no ponto inicial da instalação, no caso, a caixa seccionadora e dela saem o neutro e
terra separadamente. Na figura 4 se nota um cabo terra, aterrando a carcaça na parte
inferior e conectado junto com o cabo neutro, este é o ponto de aterramento inicial do
consumidor no esquema TN-S.
Figura 4-Aplicação prática do sistema TN-S
Fonte: NTC901100 (2016).
Segundo a NTC901110(2016), além do sistema TN-S conforme indicado na
figura, no Brasil se utiliza muito o sistema TN-C, em que o condutor neutro é comum
19
com o terra, sendo que o principal benefício em relação ao TN-S é a redução do custo.
Este esquema não é indicado pelas concessionárias de energia para instalações
residenciais comuns. Por fim, existe um sistema misto, em que parte da instalação
tem o neutro e terra comuns e parte com neutro e terra separados, para este esquema
é dado o nome de TN-C-S.
2.2 ESQUEMA TT
O esquema TT é utilizado principalmente em redes de transmissão de energia,
onde cada poste possui um aterramento específico, seguindo pela rede apenas as
fases e neutro. Na figura 5 são mostrados dois esquemas de ligação para o
aterramento TT segundo a norma. (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS
TÉCNICAS, 2004)
Figura 5-Esquema TT
Fonte: (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2004)
A ABNT 5410 de 2004, (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS
TÉCNICAS, 2004) pressupõe que seu principal benefício é a redução do custo com
cabo de aterramento em instalações de grande extensão.
2.3 ESQUEMA IT
Em 1936, (Ferris et al.1936) produziu um artigo sobre o efeito de choque
elétrico no coração, logo depois, a partir de 1941, (Dalziel et al, 1941), produziu muitos
artigos para a comunidade científica sobre os perigos da corrente elétrica, entre outras
informações, ele descobriu através de seus experimentos os valores da corrente,
20
frequência e formas de onda que uma pessoa liberava ao tocar em eletrodos mantidos
em cada uma das mãos. Em 1966, (Lee, 1966) escreveu aos Anais do IEEE sobre a
morte devido a descargas elétricas devido ao crescente uso de equipamentos eletro
médicos. Além dessas publicações, muitas outras abordaram o tema a respeito dos
acidentes dentro de unidades hospitalares ocasionados por choques elétrico.
(CARPES et al., 2009)
Segundo o PORTAL O SETOR ELÉTRICO(2019), os tipos de sistemas de
aterramento, TT, TN e IT, foram introduzidos no Brasil através da atualização da
NBR5410 de 1980, com isso, as instalações elétricas passaram a contar com
diferentes tipos de aterramento para variadas aplicações. (PORTAL O SETOR
ELÉTRICO, 2019)
Em 1995, a ABNT publicou uma norma específica para instalações elétricas
hospitalares, a norma 13534. Entre outras coisas, ela especificou quais locais
deveriam utilizar o sistema IT e suas especificações básicas. Ela foi atualizada em
2008 e segue sendo referência para projetos de instalações elétricas hospitalares.
(NUPEHA, 2019)
A Associação Brasileira de Normas Técnicas (2004) cita que neste esquema
todas as partes vivas são aterradas a partir de uma impedância, com isso, o sistema
continua em operação mesmo em situações de falha, por esta característica, é
comumente utilizado em hospitais, nas UTI’s e salas de operação. Sua principal
desvantagem é o custo elevado e a necessidade de mão obra especializada para
instalar e posteriormente operar tal sistema. É comum neste tipo de instalação o
monitoramento do aterramento remotamente para que em caso de falha a equipe de
manutenção seja alertada para comparecer ao local com urgência. A figura 6
apresenta seu esquema de ligação conforme norma.
21
Figura 6-Esquema IT
Fonte: (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2004)
O princípio de funcionamento é baseado na detecção de falhas e continuidade
de operação mesmo sob defeito. No caso de uma falha entre fase e terra o sistema
detecta, mantém a energia e emite um sinal visual e sonoro, no caso de uma segunda
falha o sistema desarma. (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS,
2004)
Ele é composto pelo transformador de separação que é responsável por isolar
o local a ser protegido do restante da instalação, dispositivo supervisor de isolamento
(DSI) responsável por monitorar o sistema e alerta quando há falha, anunciador de
alarme localizado em local de fácil observação e que sinaliza o problema indicado pelo
DSI e por fim, o quadro de disjuntores onde cada transformador conta com seu
respectivo quadro de disjuntores para operacionalizar o sistema. (BENDER,2018)
Se o local estivesse alimentado pela rede elétrica comum, a primeira falha já
seria suficiente para desativar o circuito com problema e dependendo do local, poderia
desligar um equipamento de suporte a vida. Bender(2018) aponta que com o IT, a
primeira falha alerta a equipe de manutenção e mantém o equipamento funcionando.
22
3 FUNCIONAMENTO E OPERAÇÃO
No sistema IT, também chamado de sistema desenterrado, François (1999) cita
que caso ocorra uma falha de isolamento, uma corrente baixa fluirá como resultado
da perturbação da rede, porém, a tensão de contato desenvolvida com a conexão à
terra não será perigosa. Neste momento, um alarme soará no local sinalizando o
problema. Se uma segunda falha ocorrer em outra fase antes que a primeira tenha
sido eliminada, os disjuntores ou fusíveis atuarão da mesma maneira que atuariam
em um sistema TN ou TT.
3.1 EFEITO DO CHOQUE ELÉTRICO NO CORPO HUMANO
O choque elétrico é uma perturbação de natureza natural ou artificial que
provoca efeitos que se manifestam no organismo humano ou animal quando este é
percorrido por uma corrente elétrica. Ele é produzido quando um corpo entra em
contato com um circuito energizado ou uma descarga atmosférica. A gravidade de um
choque elétrico depende da corrente que circula pelo corpo, quanto maior a corrente
maior a gravidade da lesão. A figura 7 exemplifica os diversos efeitos da corrente
elétrica no corpo humano. (VIANA,2018)
Figura 7 - Reações fisiológicas de acordo com a corrente elétrica
Fonte: (SIEMENS, 2003)
A fabricante Siemens (2003) preconiza que a partir dos 30mA existe um risco
real do choque elétrico causar danos irreparáveis ao ser humano, com isso, foram
23
criados dispositivos chamados Diferenciais Residuais que atuam desativando um
circuito quando a corrente chega em 30mA. Para o sistema IT médico nem mesmo
essa faixa é tolerável pois o paciente muitas vezes está debilitado além de que existe
uma grande possibilidade de o paciente estar com equipamentos ligados a ele
internamente, o que torna a passagem da corrente mais fácil.
3.2 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO
O princípio de funcionamento é baseado na detecção de falhas e continuidade
de operação mesmo sob defeito. No caso de uma falha entre fase e terra o sistema
detecta, mantém a energia e emite um sinal visual e sonoro, no caso de uma segunda
falha o sistema desarma. (WEG, 2019)
Ele é composto pelo transformador de separação que é responsável por isolar
o local a ser protegido do restante da instalação, dispositivo supervisor de isolamento
(DSI) responsável por monitorar o sistema e alerta quando há falha, anunciador de
alarme localizado em local de fácil observação e que sinaliza o problema indicado pelo
DSI e por fim, o quadro de disjuntores onde cada transformador conta com seu
respectivo quadro de disjuntores para operacionalizar o sistema. (WEG, 2019)
A Weg (2019) também cita que se o local estiver alimentado pela rede elétrica
comum, a primeira falha já é suficiente para desativar o circuito com problema e
dependendo do local, pode desligar um equipamento de suporte a vida. Com o IT, a
primeira falha alerta a equipe de manutenção e mantém o equipamento funcionando.
Para determinar vários aspectos técnicos de uma instalação elétrica dentro de
um hospital, a norma NBR13534-2008, separa os locais em 3 grupos, sendo o Grupo
0 para ambientes sem equipamentos eletromédicos, Grupo 1 para equipamentos com
contato a partes externas do corpo ou internas que não aquelas tradadas e Grupo 2,
destinado a locais onde os equipamentos são destinados a cirurgias, uti’s e outros
locais onde a descontinuidade do serviço poderá causar o óbito. (ASSOCIAÇÃO
BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2008)
O sistema IT é aplicado em todas as salas que se enquadrem no Grupo 2 e
também é recomendável que cada sala cirúrgica conte com um circuito do sistema
exclusivo. Os seguintes locais se enquadram no Grupo 2: sala de procedimentos
invasivos, de emergência, uti, hemodinâmica, indução anestésica, cirurgia,
24
recuperação anestésica quando o local possuir equipamentos de sustentação a vida,
parto cirúrgico. (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2008)
Segundo KARMAN(2011), os únicos circuitos em locais do grupo 2 onde o
sistema IT não é admitido e portanto é recomendado o uso de dispositivo DR, são os
que alimentam com potências superiores a 5KVA, equipamentos de Raios-X, mesas
cirúrgicas e equipamentos elétricos não associados a sustentação à vida.
Em Community (2019) é apresentado um cálculo simplificado de como a
corrente se comporta nos três principais sistemas de aterramento, O sistema IT é
mostrado na figura 8 e indica que na primeira falha a resistência tende ao infinito, ou
como é mais comum, tende a ser maior que 50000 Ohms, com isso a corrente de fuga
se aproxima de zero ou fica abaixo de 0,005 miliamperes, que não afetam o ser
humano. Com a segunda falha o sistema deixa de atuar e a corrente de fuga passa a
se comportar como num sistema TN.
Figura 8 - Cálculo de corrente de fuga
Fonte: Community (2019)
Na figura 9, um esquema de funcionamento do sistema com seus principais
componentes.
25
Figura 9 - Esquema de Ligação Sistema IT
Fonte: Bender (2018)
Conforme demonstrado, o transformador de separação alimenta o sistema que
é monitorado constantemente pelo DSI. As tomadas, agora protegidas, alimentam os
equipamentos eletromédicos do hospital. Bender (2018) demonstra na figura 9, dentre
outras coisas, o anunciador dentro da sala cirúrgica, sendo responsável por alertar os
funcionários sobre um possível problema.
3.3 TRANSFORMADOR DE SEPARAÇÃO
O autor BERTINI, 2003, cita que transformadores ou trafos são equipamentos
elétricos capazes de isolar, elevar ou diminuir uma tensão. Teoricamente, ele deveria
transferir toda a potência da entrada na saída, porém, na prática, há perda de potência
nessa transferência, ocasionada pela resistência do fio do enrolamento, correntes de
Foucaul, aquecimento, entre outros problemas. Um transformador é constituído por
no mínimo dois enrolamentos.
O transformador de separação é basicamente composto por duas bobinas de
fio ao redor de um núcleo de ferro sendo que a bobina de entrada converte um campo
elétrico em um campo magnético. Este campo magnético induz um campo elétrico na
segunda bobina e, portanto, uma tensão aparece na saída desta bobina (chamada de
26
secundária). Variando o número de voltas nas bobinas a voltagem pode ser
aumentada ou diminuída. O principal ponto a ser notado é que não há conexão física
entre a entrada e a saída, a transformação de energia ocorre por magnetismo, por
isso, o termo transformador de isolamento. (POWER INSPIRED, 2019)
Figura 10 - Transformador Fabricante CM Comandos
Fonte: CMCOMANDOS (2019)
Quando ocorre um curto em uma instalação comum, o cabo de neutro tem a
mesma referência do terra, com isso, o disjuntor capta o curto quando há corrente
entre fase e terra. No transformador de isolamento isso não ocorre, pois, o neutro não
é referenciado no terra. Simplificadamente, quando uma pessoa toca num condutor
energizado do sistema IT, ela se torna a referência terra, com isso, se uma segunda
pessoa tocar no outro cabo energizado do mesmo circuito ela receberá a descarga.
(POWER INSPIRED, 2019)
As potências de transformação devem ser de no mínimo 0,5 kVA e no máximo
10 KVA, com saída monofásica de no máximo 250VCA. Quando algum equipamento
trifásico exigir o uso de um transformador de tensão igual, este poderá ser atendido
por um transformador exclusivo. Este tipo de equipamento deve contar com um sensor
de temperatura conectado ao dispositivo supervisor. (KARMAN, 2011)
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3.4 DISPOSITIVO SUPERVISOR DE ISOLAMENTO
A NBR 13534:2008 estabelece alguns critérios básicos que devem ser
atendidos pelo DSI: a impedância interna em corrente alternada deve ser no mínimo
de 100 kiloOhms; sua tensão de medição não deve ultrapassar 25 Volts em corrente
contínua.; a corrente inserida no sistema mesmo com falta não deve exceder 1 mA
em seu valor de crista; a queda da resistência de isolamento deve ser indicada antes
ou no máximo que atingir 50 kiloOhms, sendo que isso deve ser indicado no
equipamento através de monitoramento; deve haver um sinal em caso de ruptura do
condutor de proteção ou de sua desconexão. (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE
NORMAS TÉCNICAS, 2008)
Figura 11 - DSI
Fonte: CMCOMANDOS (2019)
O site da CMCOMANDOS (2019) especifica algumas características básicas
deste componente. Ele deve ter uma variação de 0 a 999kiloOhms com resolução de
1kΩ. Monitoramento da temperatura do secundário do transformador de separação·
Disponibilidade de controle a distância em caso de falhas internas do dispositivo e
autodiagnostico, baixo nível de isolamento, medição de temperatura. Sinais de
controle que não podem ser influenciados pelos equipamentos de uso médico.
3.5 ANUNCIADOR DE ALARME
O anunciador de alarme é o dispositivo responsável por alertar os funcionários
do hospital sobre uma possível falha no sistema IT. Ele por norma deve possuir um
28
botão para teste e um para silenciá-lo e deve possuir três indicações sendo uma verde
para ligado e amarela para falha. A proteção de sobrecarga é necessária, porém sua
indicação não é necessária no anunciador, porém, o fabricante da figura 9 optou por
colocá-lo. (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2008)
Figura 12 - Anunciador de Alarme
Fonte: CMCOMANDOS (2019)
Ele pode atuar em conjunto com outros anunciadores e formar uma rede de
monitoramento remoto. A comunicação entre ele e os demais equipamentos
normalmente é feita via cabo de rede ou protocolo Modbus. (CMCOMANDOS, 2019)
3.6 QUADRO DE DISJUNTORES
Os quadros elétricos devem atender a ABNT NBR IEC 60439-1 e seguir
diversas recomendações da NBR5410 como espaçamento entre partes vivas distintas
e grau de proteção. Eles também podem ser instalados de sobrepor ou embutir e
precisam ser alocados em salas específicas para seu uso. (ASSOCIAÇÃO
BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2004)
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Figura 13 - Quadro de Disjuntores
Fonte: CMCOMANDOS (2019)
Além disso, o site do fabricante Bender (2018) sugere que o quadro para o
sistema IT deve ser instalado em local de fácil acesso próximo as salas a serem
atendidas. Ele também deverá alimentar apenas circuitos do sistema IT e
preferencialmente possuir toda a infraestrutura separada da instalação elétrica
convencional. O gerador deve alimentá-lo para que em caso de falta de energia, o
sistema continue operando normalmente, este pode ser comum entre as demais
instalações.
30
4 VANTAGENS E DESVANTAGENS NA APLICAÇÃO DO SISTEMA IT
O fabricante Bender(2019) é uma empresa referência no mercado de
engenharia elétrica no mundo, sediada na Alemanha e presente em mais de 70
países, defende o uso do sistema IT para várias aplicações. Em comparação aos
sistemas TN e sistemas TT, o sistema de IT é um tipo de raramente utilizado, embora
em muitos casos seja a melhor alternativa. Então surge a dúvida do porquê
alternativas muitas vezes piores são utilizadas, e a resposta geralmente se dá por três
fatores: hábito, conveniência e ignorância. O sistema de IT não é muito conhecido no
campo, a maioria dos engenheiros e eletricistas sequer sabe de sua existência,
também é um tópico pouco abordado nas universidades e como resultado, sistemas
ineficientes muitas vezes são adotados. O sistema IT é raramente usado e quando é,
é onde suas vantagens não podem ser dispensadas, como é o caso, por exemplo, de
salas de operação e unidades de terapia intensiva.
Talvez a principal vantagem citada ao logo do trabalho seja o fato de um
sistema IT não sofrer com interrupções indesejadas durante a operação, se ocorrer
uma falha de isolamento ou até mesmo uma falha de terra, o desligamento não será
necessário. Esta é também a razão pela qual os sistemas de IT são obrigatórios, por
exemplo em unidades de terapia intensiva. O sistema de IT é, em geral, perfeitamente
adequado para todas as aplicações em que as paralisações são indesejadas ou que
teriam sérias consequências. Ele também pode ter sua aplicação em Data Centers,
Automação Industrial, Circuitos de Controle e qualquer lugar que não possa parar.
(BENDER,2019)
Outra vantagem crucial é que as deteriorações no isolamento dos cabos podem
ser detectadas imediatamente. Em um sistema aterrado “comum”, as correntes de
falta podem ser lidas pelos disjuntores e dispositivos DR na faixa de miliamperes, mas
não mais. Em um sistema de IT, segundo Bender (2019) essa leitura pode ser 1000
mais sensível e, portanto, as deteriorações do isolamento podem ser medidas e
retificadas muito antes.
A IEC 62109-1(2010), cita a possibilidade de reduzir a categoria de sobretensão
da instalação de CAT IV para CAT III por meio de isolação usando transformadores
de isolamento, optoacopladores ou isolamento elétrico similar, isso porque
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transientes não causam correntes tão elevadas quando sistemas aterrados. A
consequência prática é que os componentes elétricos estão sujeitos a menos picos
de tensão e como resultado sua vida útil aumenta e reduz os riscos dos eletricistas
nas medições das grandezas elétricas.
Grande parte dos incêndios são causados por falhas elétricas de isolamento
dos condutores ou sobrecargas, com o sistema proposto, estas falhas são quase
anuladas pois elas podem ser mitigadas e corrigidas rapidamente, também há o fato
de que nos sistemas IT a corrente de fuga é muito baixa, o que reduz a capacidade
de centelhamentos perigosos dos condutores. O DSI é capaz de guardar informações
importantes durante anos e possibilita um estudo aprofundado das causas e
frequências de eventos adversos. (COMMUNITY, 2019)
Um problema comum em hospitais é a utilização de equipamentos sensíveis a
variação de tensão e transientes, pois, existem neste ambiente cargas com ruído que
é repassado para as cargas que não suportam este tipo de evento. Para contornar
isso, equipamentos como ressonâncias e tomografias utilização transformadores de
separação e estabilizadores de tensão, porém equipamentos menores, não possuem
tal investimento, o que acaba por torna-los suscetíveis a falhas elétricas oriundas da
rede externa e interna do hospital. O transformador do sistema IT reduz esses ruídos
tornando o sistema elétrico interno muito mais seguro para o uso dos equipamentos.
(CMCOMANDOS, 2019)
As áreas do grupo 2 são locais em que a localização de uma falha é
dispendiosa, pois, os pacientes não podem ser removidos com facilidade, não há
possibilidade de desligamento dos equipamentos, dificilmente será possível planejar
uma manutenção programada e a quantidade de equipamentos eletromédicos é
grande e dificulta a localização do equipamento com problema. Por isso, a NBR 5410
preconiza que a primeira falha nestes ambientes não deve ser capaz de desarmar o
circuito e manter o equipamento operando em estado normal. Esse benefício é
essencial para manter o paciente em estado estável enquanto se busca a causa do
problema. (KARMAN, 2011)
Assim, os principais perigos dentro de um ambiente de Grupo 2 que motivam a
adoção do sistema IT são devido a alguns fatores de risco vistos apenas em
ambientes deste tipo, pois, as reações naturais do paciente são reduzidas ou
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eliminadas, por isso, ele não pode falar ou indicar de alguma forma se sofrer um
choque elétrico ou houver qualquer outro problema. (KARMAN, 2011)
Há também o problema de a resistência elétrica natural da pele estar reduzida,
já que os equipamentos podem estar em contato direto com os órgãos internos e com
isso diminuindo a proteção natural contra descargas elétricas. Uma corrente elétrica
aplicada diretamente no coração pode causar fibrilamento no coração com correntes
na ordem de microampères. (KARMAN, 2011)
Além disso, os equipamentos eletromédicos muitas vezes são utilizados como
suporte parcial ou total á órgãos vitais do corpo. Em decorrência disso, uma falha pode
desligar um equipamento essencial a manutenção da vida. (KARMAN, 2011)
Outro problema que pode ser causado em um local sem o sistema IT instalado
é o risco de explosão, pois os gases anestésicos, o oxigênio e outros presentes em
ambientes hospitalares são inflamáveis e um curto circuito pode gerar uma explosão.
(KARMAN, 2011)
Portanto, como visto, o uso de sistemas IT reduzem diversos fatores de perigo
dentro de uma sala médica sendo que sua adoção aumenta a confiabilidade da
manutenção do fornecimento de energia elétrica nas áreas em que uma queda de
energia pode causar a morte dos pacientes. (KARMAN, 2011)
O seu uso também reduz as correntes de fuga dos equipamentos para um valor
baixo, reduzindo, assim, a probabilidade de choques indiretos. Também reduz as
correntes de fuga que poderiam fluir através dos pacientes, protegendo-os contra
choques elétricos.(CMCOMANDOS, 2019)
O sistema IT também tem o benefício de poder ser utilizado em aplicações
especiais como no museu de história natural de Frankfurt na Alemanha, este local
abriga várias espécies do muno inteiro e o risco de incêndio pode ser desastroso para
a história da humanidade, por isso, deve ser minimizado ao máximo e o sistema it
torna-se ideal. Outro exemplo de aplicação diferenciada é no maior sistema
fotovoltaico da America Latina localizado no Chile, ver figura 14, este sistema tem
capacidade para 100MWp e custou cerca de 250 milhões de dólares, uma falha entre
fase e terra poderia custar muito dinheiro por deixar uma parte da geração parada e
com o uso do sistema IT, se ocorrer uma falha o sistema continua gerando e indica o
local da falha para que ela seja corrigida o quanto antes. (BENDER, 2019)
33
Figura 14 – Usina Fotovoltaica no Chile
Fonte:BENDER (2019)
O transformador de separação é limitado pela norma IEC61558-2-15 em
10KVA, isso significa que ele não é projetado para alimentar componentes com
grande consumo, por exemplo, equipamentos de ar condicionado e motores. Esse
problema reduz a gama de componente atendidos por ele e obriga ao usuário possuir
sempre o sistema IT como um aterramento complementar a outro existe. (BENDER,
2018)
A principal desvantagem no uso do sistema IT está no seu elevado custo de
instalação e manutenção, segundo fontes do fabricante Cmcomandos (2019), cada
leito com sistema IT custa em média dez mil reais. Este custo muitas vezes torna-se
um empecilho para sua instalação em hospitais de pequeno porte e hospitais públicos
que não possuem aporte financeiro para tal.
Outro ponto a ser levado em conta é a falta de fiscalização e consequente
normalização dos hospitais quanto a este sistema. A vigilância sanitária é responsável
por fiscalizar sua instalação nos hospitais, porém, não é isso que ocorre na maioria
das cidades, o que acaba contribuindo para a não instalação do sistema IT. Também
faltam profissionais qualificados e a maioria dos hospitais desconhecem a
obrigatoriedade de sua instalação. (CMCOMANDOS, 2019)
Esses dois fatores juntos, custo e falta de fiscalização, contribuem para que a
maioria dos hospitais não dê o nível de segurança mínimo aceitável para manutenção
de vida do paciente. Fato esse comprovado através das diversas notícias sobre
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pacientes que morrem em decorrência principalmente de falta de manutenção elétrica.
(CMCOMANDOS, 2019)
Dentre os sistemas de aterramento, o mais complexo é o sistema IT, com isso,
instalações de grande porte tornam-se extremamente complexas e uma falha pode
ser difícil de ser encontrada. Para que isso não ocorra são necessários vários
transformadores de isolamento e diversos equipamentos adicionais que encarecem
substancialmente sua instalação. Em Community(2019) é mostrado inclusive
depoimentos de usuários que não aprovam seu uso devido as dificuldades em
localizar as falhas e falta de mão de obra especializada.
Outro ponto a ser levado em consideração é que os outros sistemas elétricos
instalados na edificação devem ser separados do sistema IT, ou seja, deve ser
instalada toda uma infraestrutura nova para acomodar este sistema e
preferencialmente não devem ser utilizadas estruturas como eletrocalhas e perfilados
pois em caso de falha de isolação no cabo, elas conduzem essa corrente e alertam o
DSI, porém falhas nessas calhas são de difícil localização já que elas geralmente
estão acima do forro. (COMMUNITY, 2019)
Deste modo, cada tipo de sistema tem seus pontos fortes e fracos e a seleção
da melhor varia de acordo com diversos fatores do empreendimento. Em muitos casos
práticos, uma combinação de vários tipos de sistemas é a solução mais ideal, como
ocorre em hospitais. O sistema de IT tem as melhores características gerais dentre
todos os sistemas, mas é adequado apenas para locais de um determinado tamanho
e complexidade. (BENDER,2019)
Por fim, a principal vantagem estudada neste trabalho é a aplicação de
sistemas IT em hospitais, que além de obrigatória, traz inúmeros benefícios, sendo o
principal atribuído a segurança do paciente. (COMMUNITY, 2019)
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5 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Diante do exposto, conclui-se que o aterramento IT é essencial para
manutenção da vida e de um ambiente seguro para o paciente. Também é um
elemento decisivo no trabalho de médicos, anestesistas e enfermeiros, que auxilia no
funcionamento correto dos equipamentos. O sistema desenterrado tem muitas
vantagens sobre os sistemas enterrados e não é adequado apenas para as salas de
cirurgia ou usinas fotovoltaicas, mas para praticamente todas as aplicações.
Atualmente, em muitos casos, o sistema de IT sequer é considerado, mesmo que seja
uma a melhor escolha. A última geração dessa tecnologia oferece inúmeras
vantagens econômicas e técnicas que beneficiam o cliente e as vezes, os custos de
dos equipamentos são usados como um argumento contra um sistema, no entanto,
considerando as vantagens mencionadas acima, muitas vezes o sistema IT é a melhor
escolha.
Como complemento, a Anvisa precisa melhorar a fiscalização dos hospitais que
não atendem ao disposto em suas normas a respeito de diversos pontos técnicos,
entre eles, o sistema de aterramento IT, porém, a tendência é que no futuro os
hospitais passem a valorizar mais sua instalação.
Em 1980 houve a primeira implementação de sistemas de aterramento em uma
norma brasileira, com isso, os profissionais técnicos puderam aplicar o que havia de
mais tecnológico na proteção de pessoas e equipamentos. Junto com essa inovação
veio o sistema IT que trouxe principalmente segurança aos pacientes de hospitais.
Conforme explicado no decorrer do trabalho, o sistema é composto por um
transformador de separação responsável por isolar a tensão em relação a terra,
dispositivo supervisor de isolamento que monitora o isolamento dos condutores e
possíveis fugas de energia para terra, anunciador de alarme que avisa os enfermeiros
e equipe técnica de um possível problema e quadro de disjuntores que contempla em
seu interior os dispositivos de proteção que irão atuar em caso de segunda falha ou
sobreaquecimento do transformador .
Enfim, o sistema apresenta mais vantagens do que desvantagem em relação a
seus concorrentes, porém, há o empecilho do custo e também da falta de
conhecimento por parte dos profissionais técnicos da área. A medida em que a
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tecnologia for avançando e o conhecimento acerca deste sistema se consolidar, a
tendência é que mais empreendimentos adotem este método para proteção.
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