Atenuação do Risco de Arco Elétrico em Turbinas eólicas

Com o planeta a debater-se com as alterações climáticas, o conceito de energia renovável é cada vez mais prioritário nos países de todo o mundo.

A energia eólica desempenha um papel fundamental no cabaz de energias renováveis. De acordo com o Global Wind Energy Council, o ano de 2023 estabeleceu um recorde para a indústria eólica, com 117 GW de nova capacidade adicionada.

E espera-se que esta tendência continue com a energia eólica e solar a desempenharem papéis dominantes e a ultrapassarem as fontes de energia renováveis tradicionais (por exemplo, a energia hidroelétrica).

Em qualquer forma de produção de energia, existe algum tipo de risco. Embora a energia eólica seja considerada relativamente segura, ocorreram numerosos incidentes em turbinas eólicas que causaram mortes e ferimentos e resultaram em danos catastróficos nas turbinas.

As turbinas eólicas são peças complexas de maquinaria e contêm múltiplos perigos. Um perigo particularmente mortal é o arco elétrico. Embora sejam escassas as estatísticas globais pormenorizadas sobre ferimentos e mortes provocados por arco elétrico em turbinas eólicas, vários incidentes registados realçam os riscos e as consequências associados a este perigo.

Apesar do potencial mortal e prejudicial de um arco elétrico, existem várias medidas que os operadores de energia eólica podem tomar para mitigar o perigo. Compreender o que é um arco elétrico e o que o provoca é o primeiro passo no caminho para o mitigar.

Quais são os Perigos do Arco Elétrico nas Turbinas Eólicas?

Os perigos de arco elétrico em turbinas eólicas são significativos devido às condições ambientais e operacionais únicas destes sistemas. Seguem-se alguns perigos específicos de arco elétrico associados às turbinas eólicas:

Níveis elevados de energia incidente

As turbinas eólicas funcionam normalmente com tensões que variam entre 690V e 34,5kV. Quando ocorrem falhas nestes sistemas de alta tensão, a quantidade de energia libertada pode ser extremamente elevada.

O potencial de formação de arcos elétricos é significativamente maior em sistemas de alta tensão porque a rutura elétrica do ar é mais provável a tensões mais elevadas. Isto pode acontecer quando a intensidade do campo elétrico excede a rigidez dielétrica do meio circundante (normalmente o ar).

Quando o campo elétrico é suficientemente forte, ioniza o ar, transformando-o de isolador em condutor, permitindo que a corrente flua através do espaço de ar, resultando num arco.

Proximidade de níveis de falha elevados

As turbinas eólicas estão ligadas a redes de alta tensão, que têm frequentemente níveis substanciais de corrente de falha.

Esta ligação aumenta a probabilidade de incidentes graves de arco elétrico porque os sistemas de alta tensão podem fornecer grandes quantidades de corrente durante uma situação de falha.

Além disso, uma vez que as turbinas eólicas estão ligadas à rede elétrica, as correntes de falha elevadas podem ser alimentadas de volta à turbina em caso de falha.

Espaços confinados e densidade do equipamento

As turbinas eólicas têm espaços compactos e confinados, especialmente no interior da nacela, onde os componentes elétricos e mecânicos estão densamente compactados.

O espaço confinado no interior da nacela dificulta a manutenção de distâncias de segurança em relação aos componentes de alta tensão, aumentando assim o risco de contacto inadvertido.

O risco é ainda agravado pela elevada densidade de equipamento elétrico no interior da nacela, que pode criar numerosos pontos potenciais de falha onde se podem originar os flashes de arco.

Fatores ambientais

As turbinas eólicas estão expostas a condições climatéricas adversas, incluindo chuva, neve e água salgada (no caso das turbinas offshore), que podem degradar o isolamento e outros componentes elétricos; isto aumenta a probabilidade de falhas elétricas e de arco voltaico.

A posição alta e exposta das turbinas eólicas também as torna um alvo frequente de descargas atmosféricas que podem causar picos elétricos e incidentes de arco voltaico.

Localização remota

As localizações remotas de muitas turbinas eólicas tornam a manutenção regular mais difícil, podendo levar a um desgaste não detetado dos componentes de alta tensão.

Se ocorrer um incidente de arco elétrico, a localização remota pode também dificultar a resposta de emergência, exacerbando as consequências do evento.

Manutenção e atividades operacionais

As turbinas eólicas são geralmente sujeitas a manutenção e inspeção uma a duas vezes por ano. As atividades de manutenção envolvem frequentemente trabalhos em ou perto de sistemas elétricos sob tensão, o que aumenta o risco de contacto acidental com partes energizadas e subsequentes incidentes de arco elétrico.

Existe também a possibilidade de erro humano durante a manutenção, como LOTOTO inadequado ou uso incorreto de ferramentas e equipamentos.

Riscos de incêndio

Como um arco voltaico produz um calor tão intenso, é provável que materiais inflamáveis dentro da nacela se incendeiem e produzam um incêndio secundário.

A menos que a turbina eólica esteja equipada com um sistema de supressão de incêndios, o espaço confinado e a localização remota da turbina eólica dificultarão o controlo ou a extinção do incêndio.

Mitigando o perigo

Como as consequências de um arco voltaico podem ser tão devastadoras, é fundamental que os operadores de turbinas eólicas sejam proactivos quando se trata de mitigar o perigo. Há uma série de medidas que podem ser tomadas para diminuir o risco de arco elétrico:

Realização de uma avaliação de risco de arco elétrico

Realizar uma avaliação completa do risco de arco elétrico para identificar potenciais perigos e o nível de risco associado aos sistemas elétricos.

A avaliação deve incluir um cálculo da energia incidente para determinar a potencial gravidade de um incidente de arco elétrico; isto ajudará na seleção do nível adequado de equipamento de proteção individual (EPI) necessário.

Implementação de controlos de engenharia

Os operadores devem especificar turbinas eólicas com equipamento resistente ao arco elétrico e comutadores concebidos para conter e redirecionar a energia do arco elétrico para longe do pessoal.

Além disso, devem ser instalados dispositivos de proteção – tais como fusíveis limitadores de corrente, disjuntores e relés, que podem isolar rapidamente as falhas e minimizar a energia do arco elétrico.

Por último, uma vez que a distância é considerada a melhor forma de EPI, devem ser implementados sistemas de comutação e de prateleiras remotos para permitir que os trabalhadores operem o equipamento à distância.

Implementação de controlos administrativos

Uma vez que os incidentes com arco elétrico são normalmente o produto de alguma forma de envolvimento humano, os controlos administrativos podem ser particularmente eficazes. Um plano sólido de controlos administrativos deve incluir:

Aplicação de protocolos LOTOTO rigorosos para garantir que o equipamento é desenergizado antes da manutenção ou inspeção.

Definir e marcar os limites do arco elétrico para manter o pessoal não qualificado a salvo de potenciais zonas de arco elétrico.

Implementar um sistema de autorização de trabalho elétrico para controlar e documentar tarefas de alto risco.

Fornecer formação extensiva aos trabalhadores sobre os riscos de arco elétrico, práticas de trabalho seguras e procedimentos de resposta a emergências.

Realização de inspeções regulares e manutenção de componentes elétricos para identificar e resolver potenciais problemas antes que estes conduzam a arcos elétricos.

Fornecimento de EPI para arco elétrico

Equipar os trabalhadores com vestuário de proteção e EPI adequados aos níveis de energia calculados para o incidente. O conjunto de EPI deve incluir protetores faciais, capuzes e luvas com classificação de arco elétrico.

O EPI para arco elétrico é classificado com base na sua capacidade de proteção contra níveis específicos de energia incidente, medidos em calorias por centímetro quadrado (cal/cm²). Estas classificações ajudam a determinar o EPI adequado para os diferentes níveis de risco de arco elétrico.

Utilização de tecnologia e software

Implemente sistemas de monitorização e diagnóstico em tempo real para detetar e resolver falhas elétricas antes que estas se transformem em incidentes de arco elétrico.

Cumprir normas e regulamentos

A norma 70E da National Fire Protection Association (NFPA) fornece diretrizes para a segurança elétrica no local de trabalho, incluindo procedimentos de avaliação do risco de arco elétrico e requisitos de EPI.

A norma Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 1584 também oferece métodos para calcular a energia do incidente de arco elétrico e determinar práticas de trabalho seguras.

Fornecimento de supressão de incêndios

Uma vez que é provável que um incêndio secundário se siga a um incidente de arco elétrico, é vital que exista um sistema automático de supressão de incêndios para extinguir o incêndio. Isso é fundamental para a segurança de qualquer pessoal ferido e/ou incapaz de sair da nacela.

Melhore a segurança com o Stat-X®

A presença de um sistema automático de supressão de incêndio é uma necessidade nas naceles de turbinas eólicas para melhorar a capacidade de sobrevivência do pessoal envolvido em um arco elétrico de turbina eólica ou outro incidente de incêndio.

No entanto, as formas tradicionais de sistemas de extinção de incêndios têm-se revelado problemáticas, o que faz com que muitos operadores de turbinas eólicas renunciem à segurança contra incêndios.

Renunciar à proteção contra incêndios em turbinas eólicas é um erro porque o sistema inovador de supressão de incêndios por aerossóis condensados Stat-X® – foi concebido à medida para o ambiente das turbinas eólicas.

O Stat-X é fornecido numa unidade autónoma que pode ser ativada remotamente por um sistema de deteção de incêndios ou ativada termicamente na unidade quando esta é exposta a uma temperatura predefinida.

Após a descarga, enche a nacela com um aerossol patenteado à base de potássio que interrompe a reação química em cadeia do incêndio, resultando numa rápida extinção.

As unidades Stat-X podem ser facilmente montadas em locais fora do alcance e ocupam pouco do limitado e valioso espaço no interior da nacela.

Como não requerem tubagem ou bancos de agentes, podem ser facilmente adaptadas às turbinas eólicas existentes. Uma vez instaladas, as unidades são praticamente isentas de manutenção e não requerem qualquer teste complicado.

O seu design robusto torna-as ideais para os ambientes adversos das turbinas eólicas.

Além disso, o Stat-X é seguro para utilização em áreas normalmente ocupadas e tem um potencial zero de aquecimento global, de destruição do ozono e uma vida atmosférica zero.

Tal característica distingue-se de diversos agentes extintores que estão a ser descontinuados devido à presença de compostos PFAS ou de substâncias químicas HFC, considerados prejudiciais ao meio ambiente.

Para além dos incidentes de arco voltaico, o Stat-X fornece uma proteção fiável contra incêndios de outras origens que possam ocorrer na nacela devido a falhas mecânicas, falhas hidráulicas, quedas de raios ou trabalho a quente.

Conclusão

Um arco voltaico é um evento elétrico perigoso que pode ser mortal. No mínimo, é destrutivo para o equipamento elétrico envolvido e pode resultar em tempo de inatividade significativo.

Com uma boa estratégia de mitigação, é possível reduzir o potencial de incidentes de arco elétrico, limitar os danos e proteger o pessoal.

Um componente fundamental de qualquer estratégia de mitigação deve ser o tratamento do incêndio secundário que normalmente se segue a um incidente de arco elétrico.

A instalação do Stat-X na nacela pode extinguir rapidamente o fogo, permitindo que o pessoal escape ou seja resgatado e limitando os danos à turbina eólica.