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PONTA GROSSA 2019 ISAÍAS VANDOSKI PEREIRA SISTEMA DE ATERRAMENTO IT APLICADO A HOSPITAIS

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PONTA GROSSA 2019

ISAÍAS VANDOSKI PEREIRA

SISTEMA DE ATERRAMENTO IT APLICADO A HOSPITAIS

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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

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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.

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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.

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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.

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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;

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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;

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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

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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas

NTC Normas Técnicas da Copel

IEC International Electrotechnical Commission

NBR Norma Brasileira

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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

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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

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chave utilizadas no momento da busca foram: “Sistema IT”, “Instalações Elétricas”,

“Instalações Elétricas Hospitalares”, “Tipos de aterramento”.

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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)

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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

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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)

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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)

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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)

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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

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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,

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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.

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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.

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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

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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,

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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.

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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

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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

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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.

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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)

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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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