Instalação de Sistemas de Proteção contra Descargas Atmosféricas (SPDA) em Áreas Classificadas

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1 86 Instalação de Sistemas de Proteção contra Descargas Atmosféricas (SPDA) em Áreas Classificadas Por Sergio Roberto Santos e André Pinheiro Introdução Um Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas (SPDA) tem o objetivo de proteger uma estrutura contra os efeitos de uma descarga atmosférica direta ou indireta. Se esta estrutura contiver, ou estiver contida em um ambiente caracterizado como uma área explosiva, o projeto do SPDA deve prever medidas adicionais para a segurança das pessoas e instalações a elas relacionadas. Normas técnicas No Brasil, a proteção contra descargas atmosféricas é baseada na norma técnica NBR [1], Proteção de Estruturas contra Descargas Atmosféricas. Ela trata dos riscos de explosão, nos itens: (Equalização de potencial), (Periodicidade das inspeções), A (Proteção contra corrosão), B.1.1 (Método de seleção do nível de proteção) e na tabela B.6 (Exemplo de classificação de estruturas). A norma alerta, principalmente, os profissionais sobre a necessidade de adotar medidas especiais para a instalação do SPDA em áreas sujeitas a risco de explosão, mas não detalha estas medidas. Internacionalmente, a proteção contra descargas atmosféricas é tratada pela Comissão Internacional de Eletrotécnica (IEC, Internacional Electrotechnical Commission), pela norma IEC :1/2/3/4, Protection Against Lightning [2], [3], [4], [5]. Atualmente, a norma NBR está em revisão com base na norma IEC A tendência da comissão de estudos que revisa a norma é a mudança da atual NBR , de um documento de 42 páginas para um novo com mais de 400 páginas, ou seja, mais complexo e detalhado. Esta mudança é fundamental para a proteção contra descargas atmosféricas de estruturas com risco de explosão pelo maior detalhamento das medidas necessárias para a proteção em geral e ao gerenciamento de risco em particular. A norma IEC /2010, Protection Against Lightning Risk Management, apresenta os critérios que devem ser considerados para determinar os riscos envolvidos em cada estrutura e as medidas necessárias para garantir a segurança da edificação. Esta norma define o que são estruturas com risco de explosão, de acordo com as normas IEC [6] e IEC [7], e permite avaliar a real dimensão dos riscos envolvidos na atuação de um SPDA em uma área sujeita a explosões. No Brasil, as normas acima fazem parte da série de normas NBR IEC [8]. Nível de proteção A primeira etapa no projeto de um SPDA é determinar se a estrutura realmente necessita dele. Caso a utilização do anexo B da norma indique a sua instalação, deve-se, então, determinar o seu nível de proteção, utilizando o mesmo anexo. O nível de proteção do SPDA determina a sua eficiência em função das medidas tomadas na sua construção. Ele indica os parâmetros mínimos que o SPDA deve ter, como ângulo de proteção, largura da malha, espaçamento dos condutores de descida não naturais etc. O nível de proteção é determinado pelas características construtivas da estrutura, o local onde ela será construída e a sua destinação. A norma define quatro possíveis níveis de proteção: I, II, III e IV, sendo I aquele que exige medidas mais rigorosas para que os danos causados por uma descarga atmosférica sejam os menores possíveis. O item B.1.1 da norma NBR é claro ao afirmar: Estruturas especiais com riscos inerentes de explosão, como aquelas

2 Caderno de Eletricidade 87 Figura 1. Exemplo de uma edificação com risco inerente de explosão. contendo gases ou líquidos inflamáveis (Figura 1), requerem, geralmente, o mais alto nível de proteção contra descargas atmosféricas. Prescrições complementares para esse tipo de estrutura são dadas no anexo A. Atmosferas explosivas Uma atmosfera é considerada explosiva quando a proporção de gás, poeira ou fibras existentes em um ambiente é tal que, na presença de oxigênio, o surgimento de uma centelha, fonte de ignição, pode originar uma explosão. A análise das condições propícias ao surgimento da explosão leva em consideração a densidade, dispersão, condições locais e fontes de ignição e só pode ser feita por profissionais qualificados, especialistas em atmosferas explosivas [9]. As principais medidas de proteção em áreas potencialmente explosivas são: a exclusão da atmosfera explosiva, prevenção do centelhamento e formação de superfícies quentes, confinamento das explosões e limitação da liberação de energia. Classificação de áreas As atmosferas explosivas são classificadas em três diferentes áreas: Zona 0/20 Local onde a ocorrência de mistura inflamável/ explosiva é contínua, ou existe por longos períodos de tempo. Zona 01/21 Local onde a ocorrência de mistura inflamável/ explosiva é provável em condições normais de operação. Zona 02/22 Local onde a ocorrência de mistura inflamável/explosiva é pouco provável durante o funcionamento dos equipamentos e se acontecer será por curtos períodos, estando associado a uma operação anormal. Classe de temperatura Temperatura máxima de superfície (Cº) T1 450 T2 300 T3 200 T4 135 T5 100 T6 85 Tabela 1. Classes de temperatura. Classes de temperatura Para equipamentos elétricos, a temperatura máxima de superfície não deve exceder: 150 C sobre qualquer superfície onde possa haver uma camada de pó de carvão; 450ºC quando o risco acima é evitado, por exemplo, através de vedação contra poeira ou por ventilação. As classes de temperatura (Tabela 1) identificam a máxima temperatura de superfície que uma parte do equipamento pode atingir em operação normal ou de sobrecarga prevista, considerando a temperatura ambiente máxima igual a 40 C, ou em caso de defeito. Essas classes de temperatura devem ser menores que a temperatura de ignição dos gases e vapores do meio circundante ao equipamento. Princípios gerais de um SPDA em áreas classificadas Ao receber a informação de que a estrutura está relacionada a uma área classificada, o projetista deve obrigatoriamente classificar o seu SPDA como nível I e verificar a necessidade de medidas complementares às determinadas pela NBR para desenvolver seu projeto.

3 88 Figura 2. Ligação equipotencial através de barra de equipotencialização e centelhadores encapsulados Ex. O objetivo será atender os critérios apresentados anteriormente, principalmente em relação ao centelhamento e à temperatura. Uma descarga atmosférica significa uma corrente elétrica de grande intensidade e uma alta temperatura, fontes de energia suficiente para danificar uma edificação e iniciar um incêndio. A presença de uma atmosfera explosiva na estrutura protegida possibilita que os efeitos da descarga, como centelhamentos e aumento de temperatura, potencializem os riscos, e neste caso, não possam ser desprezados. Por este motivo, o projetista deve prever as medidas para evitar os centelhamentos, aumentos de temperatura e perfurações, reforçando as medidas de proteção do SPDA e em conjunto com outros profissionais, avaliar a conveniência de redefinir processos como a desclassificação de áreas [10]. Distância de segurança Uma medida necessária para evitar diferenças de potencial entre partes do próprio SPDA, ou deste com outras partes metálicas da estrutura, é a equipotencialização. Segundo a NBR , uma ligação equipotencial é uma ligação entre o SPDA e outras instalações metálicas, para reduzir as diferenças de potencial criadas pela corrente da descarga atmosférica. Segundo o item da NBR , a equalização de potencial pode ser obtida através de condutores de equipotencialização, ou em circunstâncias especiais por Dispositivos de Proteção contra Surtos (DPS) que em áreas classificadas deverão possuir no Brasil certificação do Inmetro para esta aplicação (ver Figura 2). Quando não for possível interligar as partes metálicas da edificação ao SPDA para evitar centelhamentos perigosos, deve-se garantir que eles estejam separados por uma distância mínima, chamada distância de segurança (d) (NBR item 5.2.2). Esta separação (S) pode ser calculada pela fórmula: S d. O valor de d pode ser obtido pela fórmula existente no item da norma e é em função do nível de proteção escolhido, da configuração dimensional, do material existente entre as partes que devem estar separadas e o comprimento do condutor de descida. Se considerarmos o ar como o dielétrico entre o SPDA e a parte metálica da estrutura que devemos separar, obtemos o coeficiente de material Km, utilizado na fórmula, igual a 1. Para meios com menor rigidez dielétrica, este coeficiente diminui. Como a distância de segurança é inversamente proporcional à rigidez dielétrica do material, quanto menos dielétrico for o meio, maior a distância que o SPDA deve estar separado da estrutura naquele local específico. Qualificação profissional O projeto, instalação e manutenção de um SPDA em uma área classificada somente devem ser feitos por um profissional simulta-

4 90 neamente qualificado na proteção de estruturas contra descargas atmosféricas e em instalações elétricas em áreas classificadas. Na prática, é extremamente difícil encontrar este profissional. Por serem duas áreas específicas, a especialização em um destes campos inibe a especialização em outras atividades. Não obstante, existem profissionais com experiência na construção de que contam, em seu currículo, com inúmeros SPDA instalados nestas condições, o que pode ser comprovado pelo seu acervo técnico emitido pelo Conselho Regional de Engenharia. Mas o mais recomendado é que a instalação de um SPDA em uma área classificada seja feita por um profissional experiente na proteção contra descargas atmosféricas, acompanhado de um especialista em áreas classificadas para que todos os requisitos de segurança estejam contemplados. Na instalação, inspeção e manutenção do SPDA, os profissionais envolvidos devem estar sob a supervisão do responsável técnico da área classificada, já que qualquer serviço executado nestes locais apresenta um risco inerente aos ambientes com a presença de atmosferas explosivas. Documentação O trabalho em conjunto de todos os envolvidos no SPDA instalado em uma área classificada deve ser documentado para a avaliação dos critérios de segurança e dos riscos envolvidos. Ao mesmo tempo, a documentação exclusiva sobre a classificação da área como Ex serve como comprovação de que todos os requerimentos e especificações para a operação segura do sistema foram atendidos. A documentação deve conter todas as informações, detalhadas, relacionadas aos conceitos sobre proteção Ex. aplicados ao SPDA[11]. Para os instaladores, a documentação Ex. é fundamental. Sem estes documentos, um SPDA para áreas classificadas não pode ser instalado, já que o projeto seria inconsistente (IEC , Apêndice D.3.2 Required Information ). Este procedimento oferece aos projetistas e instaladores a segurança necessária para que em áreas críticas, somente procedimentos e componentes certificados sejam utilizados. Inspeção e manutenção O capítulo 7 da IEC , assim como o apêndice E7 Maintenance and testing of a lightning protection system, descrevem o objetivo e o procedimento da inspeção de um SPDA. SPDA s em instalações com atmosferas explosivas devem ser inspecionados através de procedimentos previamente aprovados. Para este objetivo, o item D6 da IEC Maintenance and testing descreve procedimentos adicionais: Paralelamente aos aspectos da documentação Ex., não podem ser esquecidas as prescrições relativas a um SPDA em si. Um dos principais objetivos da operação é manter o seu processo livre de falhas. A garantia da confiabilidade de um sistema depende da regularidade da sua manutenção. Depois de cada alteração, reforma ou ampliação da edificação, o sistema como um todo, e não apenas as partes modificadas, deve ser inspecionado, já que em um SPDA, a máxima, O todo é maior do que a soma das partes, é totalmente válida. A inspeção do sistema pode ser realizada por funcionários da edificação, se eles tiverem a qualificação profissional necessária para esta tarefa. O acompanhamento diário de modificações ou problemas na estrutura ou no próprio SPDA deve ser realizado pelos funcionários que trabalham na edificação, o que não elimina as inspeções periódicas realizadas

5 92 por profissionais especializados que provavelmente deverão ser contratados para este fim. De acordo com a IEC Appendix E 7.1. Table E.2, Sistemas de Proteção contra Descargas Atmosféricas utilizados em aplicações envolvendo estruturas com um risco de explosão devem ser inspecionados visualmente a cada seis meses. Ensaios elétricos da instalação devem ser realizados anualmente. Conclusão A cooperação entre projetistas, instaladores e proprietários é fundamental para a segurança de uma estrutura localizada em uma área sujeita a atmosferas explosivas, quando ela for atingida, direta ou indiretamente, por uma descarga atmosférica. Os profissionais e os materiais utilizados devem atender os mais altos requisitos, comprovados por certificações adequadas. A experiência mostra que profissionais especialistas em SPDA devem trabalhar em conjunto com colegas com conhecimento em instalações elétricas em áreas classificadas, para obter um SPDA com a eficácia necessária para este tipo de aplicação. Referências [1] ABNT NBR , Proteção de estruturas contra descargas atmosféricas; [2] IEC62305:2010, Protection against lightning Part 1: General principles. [3] IEC62305:2010, Protection against lightning Part 2: Risk management. [4] IEC62305: 2010, Protection against lightning Part 3: Protection of structural facilities and persons. [5] IEC62305: 2010, Protection against lightning Part 4: Electrical and eletronic systems within structures. [6] IEC : , Explosive atmospheres: Classification of areas - Explosive gas atmospheres. [7] IEC : , Explosive atmospheres: Classification of areas - Combustible dust atmospheres TRBS2152 Hazardous, potentially explosive atmosphere Part 1: Evaluation of explosion risk. [8] Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) [9] Alves, L. M.; Bulgarelli, R., Requisitos sobre competências pessoais para atividades com equipamantos e instalações em áreas classificadas contendo atmosferas explosivas. Revista Lumière. Novembro de [10] Buffon, L. Estudo de adequação de uma área classificada à norma vigente. Projeto de diplomação. Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Escola de Engenharia, Departamento de Engenharia Elétrica; [11] Echtermann, B.; Santos,S.R.S. Lightning protection for systems in potentially explosives areas - Special features of the edition 2 of standard IEC : In: XII SIPDA: XII International Symposium on Lightning Protection:, 2013, Belo Horizonte. Proceedings XII SIPDA. São Paulo: IEE/USP, p >> Sergio Roberto Santos participa da comissão CE-03:64.10 que revisa a norma NBR e é gerente de vendas da OBO Bettermann do Brasil; >> André Pinheiro participa das comissões CE-03: sobre classificação de áreas, CE-03: sobre sistemas fotovoltaicos e 03: sobre segurança em eletricidade e é especialista em dispositivos de proteção contra surtos da OBO Bettermann do Brasil.