Tensão parasita - Stray voltage
Tensão parasita é a ocorrência de potencial elétrico entre dois objetos que idealmente não deveriam ter diferença de tensão entre eles. Freqüentemente, existem pequenas tensões entre dois objetos aterrados em locais separados, devido ao fluxo de corrente normal no sistema de energia. Grandes tensões podem aparecer nos invólucros de equipamentos elétricos devido a uma falha no sistema de energia elétrica, como uma falha de isolamento.
Terminologia
Tensão parasita é qualquer caso de potencial elétrico elevado indesejável, mas uma terminologia mais precisa fornece uma indicação da fonte da tensão. Neutro à tensão de terra (NEV) refere-se especificamente a uma diferença de potencial entre um objeto aterrado localmente e o condutor de retorno aterrado, ou neutro , de um sistema elétrico. O neutro está teoricamente no potencial de 0 V, como qualquer objeto aterrado, mas a corrente flui no neutro de volta para a fonte, elevando um pouco a tensão do neutro. NEV é o produto da corrente fluindo no neutro e a impedância finita e diferente de zero do condutor neutro entre um determinado ponto e sua fonte, geralmente uma subestação distante. NEV difere de objetos acidentalmente energizados porque é um resultado inevitável da operação normal do sistema, não um acidente ou uma falha nos materiais ou design.
Definições
Definição oficial (rascunho)
Em 2005, o Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos (IEEE) reuniu o Grupo de Trabalho 1695 em uma tentativa de estabelecer definições e diretrizes para mitigar os vários fenômenos conhecidos como tensão parasita. O grupo de trabalho tentou distinguir entre os termos tensão parasita e tensão de contato da seguinte forma:
- A tensão perdida é definida como "Uma tensão resultante da distribuição normal e / ou uso de eletricidade (geralmente menor que 10 volts) que pode estar presente entre duas superfícies condutoras que podem ser contatadas simultaneamente por membros do público em geral e / ou seus animais . A tensão parasita é causada pela corrente de retorno primária e / ou secundária e pelas correntes induzidas pelo sistema de energia, à medida que essas correntes fluem através da impedância da via de retorno pretendida, suas vias condutoras paralelas e loops condutores nas proximidades do sistema de energia. a tensão não está relacionada a falhas do sistema de energia e geralmente não é considerada perigosa. "
- A tensão de contato é definida como "Uma tensão resultante de condições anormais do sistema de energia que podem estar presentes entre duas superfícies condutoras que podem ser contatadas simultaneamente por membros do público em geral e / ou seus animais. A tensão de contato é causada pela corrente de falha do sistema de energia, pois flui através da impedância de caminhos de corrente de falha disponíveis. A tensão de contato não está relacionada à operação normal do sistema e pode existir em níveis que podem ser perigosos. "
Definição de trabalho
Apesar das definições acima, o termo tensão parasita continua a ser usado tanto pelos trabalhadores da concessionária quanto pelo público em geral para todas as ocorrências de excesso de eletricidade indesejado. Por exemplo, na conferência anual "Jodie S. Lane Stray Voltage Detection, Mitigation & Prevention", realizada na sede da Con Edison na cidade de Nova York em abril de 2009, que atraiu os presidentes das principais concessionárias de serviços públicos dos Estados Unidos e Canadá , os líderes da concessionária continuaram a usar tensão parasita para todas as ocorrências de excesso de eletricidade indesejado. O termo tensão de contato foi usado apenas uma vez, possivelmente porque "tensão de contato" geralmente é culpa da fonte, da rede ou da empresa de instalação. Poucas empresas estão dispostas a discutir abertamente suas falhas, quanto mais aquelas que ameaçam a vida. Parece que a tensão parasita é agora o termo comum para todos os vazamentos de tensão indesejados, uma vez que categoriza a falha como parte da operação normal, limitando assim a responsabilidade.
Na cidade de Nova York, uma mulher chamada Jodie S. Lane foi eletrocutada por uma placa de vault de uma estrada de cinco pés por 2,5 metros energizada por um "fio com isolamento incorreto" em janeiro de 2004. Na cobertura de sua morte e na crescente preocupação a respeito o papel dos serviços públicos na segurança elétrica no ambiente urbano, tanto a mídia quanto a agência reguladora do estado de Nova York usaram a tensão parasita para a tensão neutro-terra (NEV), mas admitiram que a notoriedade do incidente de Lane causou a tensão parasita ser um termo bem conhecido pelo público.
Nesse ponto, o regulador usou a tensão parasita para se referir a quaisquer "condições de tensão nas instalações elétricas que normalmente não deveriam existir. Essas condições podem ser devido a um ou mais fatores, incluindo, mas não se limitando a, cabos danificados, deteriorados, desgastados ou falta de isolamento, manutenção inadequada ou instalação inadequada. " No mesmo documento, a comissão aceitou o NEV como uma condição que ocorre naturalmente.
Desde aquela época, o termo “tensão parasita” teve pelo menos duas definições muito diferentes. Essa situação é causa de confusão entre concessionárias, reguladores e o público. O termo "voltagem parasita" é comumente usado para todos os vazamentos elétricos indesejados, tanto pelo público em geral quanto por muitos profissionais da rede elétrica. Outros fenômenos mais esotéricos que também resultam em tensões elevadas em superfícies normalmente não energizadas também são chamados de "tensão parasita". Os exemplos são tensão devido ao acoplamento capacitivo , corrente induzida por linhas de energia, EMF , relâmpagos , aumento do potencial de terra e problemas decorrentes de neutros abertos (desconectados).
Causas
Tensões acopladas
Objetos de metal não aterrados próximos a fontes de campo elétrico , como letreiros de neon ou condutores que transportam correntes alternadas, podem ter níveis de tensão mensuráveis causados por acoplamento capacitivo . Uma vez que as tensões detectadas por instrumentos de alta impedância desaparecem ou ficam muito reduzidas quando uma baixa impedância é substituída, o efeito é algumas vezes chamado de tensão fantasma (ou tensão fantasma ). O termo é frequentemente usado por eletricistas e pode ser visto, por exemplo, ao medir a voltagem em uma luminária após a remoção da lâmpada. Não é incomum medir tensões fantasmas de 50–90 volts ao testar a fiação de circuitos normais de 120 V com um instrumento de alta impedância. Enquanto a tensão produzida pode chegar quase à tensão de alimentação total, a capacitância ou indutância mútua entre os fios dos sistemas de fiação do prédio é normalmente muito baixa e incapaz de fornecer quantidades significativas de corrente .
No entanto, em trabalho de transmissão aérea em ou próximo a linhas de alta tensão, as regras de segurança exigem a conexão de um condutor ao aterramento durante a manutenção, uma vez que tensões e correntes induzidas em um condutor podem ser suficientes para causar eletrocussão ou ferimentos graves.
Vazamento capacitivo através do isolamento
A corrente alternada é diferente da corrente contínua, pois a corrente pode fluir através do que normalmente pareceria uma barreira física. Em um circuito em série , um capacitor bloqueia a corrente contínua, mas passa a corrente alternada.
Em sistemas de transmissão de energia, um lado do circuito, conhecido como neutro , é aterrado para dissipar a eletricidade estática e reduzir tensões perigosas causadas por falha de isolamento e outras falhas elétricas. É possível levar um choque apenas tocando o fio aquecido , devido ao corpo da pessoa estar capacitivamente acoplado ao solo sobre o qual a pessoa está de pé, mesmo se a pessoa estiver em uma superfície isolada.
Tensões induzidas
A indução eletromagnética clássica pode ocorrer quando condutores longos formam um circuito aberto aterrado sob e paralelo às linhas de transmissão ou distribuição. Nesses casos, a corrente é induzida no loop quando uma pessoa faz contato com ele e o aterramento. Uma vez que isso envolve fluxo de corrente real, é potencialmente perigoso. Este tipo de corrente induzida ocorre mais freqüentemente em cercas longas e linhas de distribuição construídas sob linhas de transmissão de alta potência .
Isolamento degradado em condutores de energia
A tensão dispersa pode ser causada por isolamento danificado ou degradado. A falha de isolamento é essencialmente uma falha de alta impedância que permitirá que a corrente flua por qualquer caminho disponível para o aterramento, uma condição que pode causar choques ou incêndios se não mitigada. Esse vazamento pode ocorrer quando há danos causados por tensões físicas, térmicas ou químicas no isolamento das linhas de energia, especialmente, mas não se limitando a cabos subterrâneos ou subaquáticos. Exemplos desses danos são isolamento inchado ou rachado de superaquecimento, abrasões causadas por escavação ou apreensão do solo e danos por corrosão por exposição a sal ou óleo. O vazamento elétrico também pode ocorrer devido ao acúmulo de umidade, sal, poeira e sujeira em isoladores de ar aberto na distribuição de energia aérea. Se o vazamento nesses casos for grave o suficiente, pode levar a um incêndio em pólos.
Vazamento de retorno à terra de fio único
O termo "tensão parasita" é usado para o gradiente (taxa de variação em relação à distância) do potencial elétrico na superfície do solo, associado aos sistemas de distribuição de eletricidade de retorno à terra de fio único usados em algumas localidades rurais. Este gradiente é baixo em pontos distantes das conexões de retorno à terra, mas aumenta perto das hastes de aterramento onde o circuito metálico entra na terra.
Correntes de retorno neutras através do solo
Em sistemas de energia elétrica trifásicos a quatro fios ("estrela"), quando a carga nas fases não é exatamente igual, há alguma corrente no condutor neutro. Como o primário e o secundário do transformador de distribuição são aterrados, e o aterramento primário é aterrado em mais de um ponto, a terra forma um caminho de retorno paralelo para a corrente neutra, permitindo que parte da corrente neutra flua continuamente através da terra. Este arranjo é parcialmente responsável pela tensão parasita.
A tensão parasita é o resultado do projeto de um sistema de distribuição de 4 fios e, como tal, existe desde que tais sistemas são usados. A tensão perdida tornou-se um problema para a indústria de laticínios algum tempo depois que as máquinas elétricas de ordenha foram introduzidas, e um grande número de animais estava simultaneamente em contato com objetos de metal aterrados no sistema de distribuição elétrica e na terra. Numerosos estudos documentam as causas, os efeitos fisiológicos e a prevenção da dispersão da tensão no ambiente da fazenda. Hoje, a tensão parasita nas fazendas é regulamentada pelos governos estaduais e controlada pelo projeto de planos equipotenciais em áreas onde o gado come, bebe ou dá leite. Os isoladores neutros disponíveis comercialmente também evitam que os potenciais elevados no neutro do sistema utilitário aumentem a tensão do neutro da fazenda ou dos fios terra.
Corrente perdida da ferrovia
Normalmente, um sistema de trânsito ferroviário terá pelo menos um dos trilhos usado como condutor de retorno para a corrente de tração. Esse arranjo é comum, com base em considerações econômicas, uma vez que não requer a instalação de um condutor de retorno adicional. Este trilho está em contato com a terra em muitos lugares ao longo de seu comprimento. Uma vez que a corrente seguirá todos os caminhos paralelos entre a fonte e a carga, alguma parte da corrente de tração também fluirá pela terra. Isso normalmente é conhecido como corrente de fuga ou corrente parasita. A quantidade de corrente de vazamento depende da condutância das trilhas de retorno em relação ao solo; e na qualidade do isolamento entre as pistas e o solo. Onde a ferrovia usa corrente contínua , esta corrente parasita pode causar danos a outros objetos metálicos enterrados por eletrólise e acelerar a corrosão de objetos metálicos em contato com o solo.
Efeitos
Eletrólise e corrosão
Metais enterrados diferentes, como cobre e aço, podem funcionar como pólos de uma célula galvânica , usando solo úmido como eletrólito. Correntes diretas parasitas no solo podem neutralizar o efeito anticorrosivo de um sistema de proteção catódica . O projeto de sistemas de transmissão de corrente contínua de alta tensão deve tomar cuidado para que a corrente que flui na terra não cause corrosão indesejável em objetos enterrados, como tubulações.
As correntes parasitas das ferrovias criam ou aceleram a corrosão eletrolítica de estruturas metálicas localizadas nas proximidades do sistema de trânsito. Isso faz com que tubos metálicos, cabos e grades de aterramento colocados no solo próximo aos trilhos tenham uma vida útil muito mais curta, o que é de grande importância no que diz respeito à segurança e economia.
Pessoas
Pequenas tensões parasitas podem nunca ser notadas e só podem ser detectadas com um voltímetro . Tensões maiores podem ter uma gama de efeitos, desde quase imperceptíveis a choques elétricos perigosos ou aquecimento elétrico não intencional, resultando em incêndios. Normalmente, as caixas de metal do equipamento elétrico são ligadas ao aterramento para evitar um risco de choque se os condutores energizados entrarem em contato acidentalmente com a caixa. Onde esta ligação não é fornecida ou falhou, um grave risco de choque elétrico ou eletrocussão é apresentado quando os condutores do circuito entram em contato com a caixa.
Em qualquer situação onde o equipamento energizado está em contato elétrico íntimo com uma pessoa ou animal (como piscinas, cirurgia, máquinas de ordenha elétricas, lava-louças, lavanderias e muitos outros), deve-se prestar atenção especial à eliminação de tensões parasitas. A pele seca e intacta tem uma resistência mais alta do que a pele úmida ou ferida, então tensões que de outra forma seriam despercebidas tornam-se significativas para uma situação úmida ou cirúrgica. Diferenças potenciais entre a água da piscina e grades, ou chuveiros e tubos de drenagem aterrados não são incomuns como resultado de tensões de neutro para terra (NEV) e podem ser um grande incômodo, mas geralmente não são fatais. No entanto, a tensão de contato resultante de isolamento danificado em um condutor de corrente pode ser muito perigosa e pode levar a choques ou eletrocussão. Tal condição pode surgir espontaneamente de estresse mecânico, térmico ou químico nos materiais de isolamento, ou de danos não intencionais da atividade de escavação, congelamento e congelamento, corrosão e colapso do conduíte ou até mesmo problemas de mão de obra.
A tensão de contato energiza objetos que normalmente são seguros - cercas, cabines telefônicas, sinais de trânsito, etc. Alguns sistemas têm dispositivos de proteção, como disjuntores ou disjuntores de falha de aterramento (GFCI), projetados para isolar tal falha. No entanto, na ausência de dispositivos de proteção, se os dispositivos falharem ou se não forem instalados corretamente, uma falha não será detectada até que cause uma falha no circuito ou até que seja encontrada por uma pessoa.
Animais de fazenda
A tensão perdida pode ter efeitos prejudiciais na saúde e na produtividade dos animais. Alguns produtores de leite alegaram danos à produção ou ao estoque causados por ela.
Dr. Douglas J. Reinemann, Professor de Engenharia de Sistemas Biológicos da Universidade de Wisconsin-Madison , relatou sobre tensões parasitas em fazendas leiteiras em 2003. A investigação de alegações de voltagem parasita também deve considerar outras questões de saúde animal.
Processos judiciais em Wisconsin
Em 2003, a Suprema Corte de Wisconsin manteve uma sentença de US $ 1,2 milhão contra a concessionária de energia elétrica de Wisconsin, WEPCO, no caso Hoffman v. Wisconsin Electric Power Company . A família Hoffman, produtores de leite perto de New London , processou a WEPCO após vários anos de produção em declínio. A WEPCO mediu as correntes agrícolas devido à tensão de fuga abaixo de um miliampere , o "nível de preocupação" estabelecido pela Comissão de Serviços Públicos de Wisconsin , mas o tribunal decidiu por motivos processuais que a concessionária poderia ser considerada negligente de acordo com a lei comum, embora atendeu ao padrão estadual. Os Hoffmans apresentaram, disse o tribunal, uma teoria alternativa viável de que a voltagem parasita lhes causou prejuízos econômicos.
Em 2017, um júri ficou do lado dos fazendeiros Paul e Lyn Halderson por um acordo de US $ 4,5 milhões contra a Xcel Energy. Os Haldersons alegaram que a tensão perdida das linhas de transmissão prejudicou seu rebanho de 1.000 vacas e reduziu a produção de leite. O júri considerou que a subsidiária da Xcel - Northern States Power - foi "negligente com relação à prestação de serviço elétrico". O júri concedeu $ 4,09 milhões por danos econômicos e outros $ 409.000 por "inconveniência, incômodo e perda de uso e gozo" da propriedade.
Preocupações públicas sobre tensão parasita
Nas áreas metropolitanas, os problemas de tensão parasita tornaram-se uma grande preocupação. Muitas dessas áreas têm grandes quantidades de equipamentos de distribuição elétrica subterrâneos e acima do solo envelhecidos em espaços públicos lotados. Mesmo uma baixa taxa de falhas de isolamento ou vazamento de corrente pode resultar em exposição perigosa para o público em geral.
A Edison consolidada na cidade de Nova York teve incidentes frequentes de voltagem perdida, incluindo a morte por eletrocussão de Jodie S. Lane em 2004, enquanto passeava com seu cachorro em Manhattan . Em 2009, a Fundação de Segurança Pública Jodie S. Lane anunciou um site de acesso público com mapas mostrando milhares de locais de tensão parasita relatados na cidade de Nova York. Além disso, a Fundação patrocina a "Conferência de Detecção, Mitigação e Prevenção de Tensão parasita de Jodie S. Lane", uma reunião anual com a participação de concessionárias de energia e reguladores de todo o país para discutir programas de detecção de tensão parasita. A Fundação também iniciou e defende a varredura móvel regular por empresas de serviços públicos para perigos de tensão dispersa.
Em Boston, a NSTAR Electric (anteriormente Boston Edison ) também teve problemas com tensões parasitas perigosas, que mataram vários cães durante a década de 1990. Como resultado, o governo da cidade de Boston iniciou um programa para detectar, relatar e reparar os riscos de tensão parasita.
A Toronto Hydro retirou todos os funcionários do serviço regular no fim de semana de 30 de janeiro de 2009 para lidar com problemas contínuos de tensão de fuga na cidade. Isso aconteceu depois que até cinco crianças ficaram chocadas, embora nenhuma tenha sofrido ferimentos graves. O problema de voltagem perdida havia ceifado a vida de dois cães nos meses anteriores.
Em março de 2013, a californiana Simona Wilson ganhou um processo de US $ 4 milhões contra sua empresa de energia depois que a tensão de uma subestação perto de sua casa chocou repetidamente a ela e a membros de sua família sempre que estavam no chuveiro.
A Administração da Previdência Social dos Estados Unidos, Juiz de Direito Administrativo, Edward Bergtholdt, em uma decisão de 17 de agosto de 2000 concedeu a Michael Gunner invalidez permanente por exposição a tensão parasita.
Detecção de tensão de dispersão / contato
A tensão dispersa é geralmente descoberta durante o trabalho elétrico de rotina ou como resultado de uma reclamação do cliente ou de um choque elétrico. Um número crescente de concessionárias em áreas urbanas agora conduz testes ativos periódicos e sistemáticos de rotina para tensão parasita (ou mais especificamente, tensão de contato) por razões de segurança pública. Algumas falhas elétricas incipientes também podem ser descobertas durante o trabalho de rotina ou programas de inspeção que não são especificamente focados na tensão parasita.
O equipamento usado para detectar a tensão parasita varia, mas os dispositivos comuns são canetas de teste elétrico ou detectores de campo elétrico , com testes de acompanhamento usando um voltímetro de baixa impedância. As canetas de teste elétrico são dispositivos portáteis que detectam uma diferença de potencial entre a mão do usuário e o objeto que está sendo testado. Eles geralmente indicam em contato com um objeto energizado, se a diferença de potencial está acima do limite de sensibilidade do dispositivo. A confiabilidade do teste pode ser afetada se o próprio usuário estiver em um potencial elevado ou se o usuário não estiver fazendo um contato firme com a mão nua no terminal de referência do testador.
O acoplamento capacitivo é o mecanismo usado por dispositivos de caneta de testador elétrico. Como a capacitância entre um objeto e uma fonte de corrente é tipicamente pequena, apenas correntes muito pequenas podem fluir da fonte energizada para o objeto acoplado. Voltímetros digitais ou analógicos de alta impedância podem medir tensões elevadas de objetos não energizados devido a este acoplamento, fornecendo de fato uma leitura enganosa. Por este motivo, as medições de tensão de alta impedância de objetos normalmente não energizados devem ser verificadas.
A verificação de uma leitura de tensão é realizada usando um voltímetro de baixa impedância , que geralmente possui uma carga de resistor de derivação conectando-se aos terminais do voltímetro. Uma vez que muito pouca corrente pode fluir de uma superfície acoplada através do pequeno shunt ou resistência do medidor, as tensões acopladas capacitivamente cairão para zero, indicando um "alarme falso" inofensivo. Por outro lado, se um objeto sendo testado estiver em contato com uma fonte de corrente , ou acoplado por uma capacitância muito grande (possível, mas improvável neste contexto), a tensão cairá apenas ligeiramente conforme ditado pela Lei de Ohm . Neste último caso, a energia real está sendo fornecida, indicando uma situação potencialmente perigosa.
Os detectores de campo elétrico detectam a intensidade do campo elétrico em relação ao corpo do usuário ou à plataforma de montagem. Ao detectar gradientes de campo elétrico à distância, eles podem detectar objetos energizados sem fazer contato direto, tornando esses instrumentos úteis para escanear ou rastrear grandes áreas para potenciais riscos elétricos. Uma leitura de campo elétrico baixo também fornece uma indicação definitiva de que nenhum objeto está energizado dentro de uma área testada. Os detectores de campo elétrico respondem a todas as fontes de campo e quaisquer indicações positivas devem ser verificadas com um voltímetro de baixa impedância para eliminar falsos positivos. O sensoriamento de proximidade de campo elétrico também tem outras aplicações industriais, desde a fabricação até a segurança de edifícios.
Como a voltagem parasita não pode ser vista, cheirada ou ouvida, não há uma maneira fácil para o público saber quando existe uma condição perigosa. O teste periódico é uma precaução importante, mas é possível que uma condição perigosa se desenvolva sem aviso.
Veja também
Referências
links externos
- Relatório da Universidade de Wisconsin-Madison sobre tensão parasita
- Site 'Electrified Cover Safeguard'
- Site 'Stray voltage' do LaCrosse Tribune , incluindo sua premiada cobertura
- Guia de autoajuda : Detecção de tensão parasita, Wisconsin Farm Electric Council (2/1997), bem escrito, para agricultores-consumidores, em Conselho de Energia Rural do Meio-Oeste