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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 redacao@atitudeeditorial.com.br

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.