Instalações Elétricas e de Instrumentação em Atmosferas Explosivas

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1 TIPO DE PROTEÇÃO EX N NÃO CENTELHANTE ABNT NBR IEC Tipo de proteção aplicada a equipamentos elétricos que, em operação normal e em certas ocorrências normalmente esperadas e especificadas, este não seja capaz de provocar ignição em uma atmosfera explosiva ao seu redor Os requisitos deste tipo de proteção Ex pretende assegurar que não seja provável a ocorrência de uma falha no equipamento que o torne capaz de causar uma ignição 02/ TIPO DE PROTEÇÃO EX N NÃO CENTELHANTE ABNT NBR IEC O tipo de proteção Ex n é aplicável a equipamentos elétricos não centelhantes (Ex na) É também aplicável a equipamentos elétricos com partes protegidas por vedação contra respiração (Ex nr) que possuam superfícies quentes, as quais, se não fossem protegidas de uma forma especificada na Norma NBR IEC , poderiam ser capazes de causar ignição em atmosferas explosivas existentes no ambiente 02/

2 Tipo de Proteção Ex na - Não centelhante ABNT NBR IEC (a ser indicada como Ex e c ) Tipo de proteção que provê EPL Gc, aplicável em Zona 2. Principais aplicações: Motores em baixa tensão (até 1,0 kv) e em alta tensão (até 6.0 kv) Instrumentação em geral (tais como sensores, transmissores, atuadores e solenoides) 02/ Ex na / Ex nr Equipamentos não centelhantes Ex na (Ex e c ) Equipamento fabricado para minimizar o risco da ocorrência de arcos elétricos ou centelhas capazes de criar um risco de ignição em condições normais de operação. Exemplos de aplicação: Motores de indução e de ímãs permanentes (PMSM), Instrumentos e Luminárias LED. Invólucro com respiração restrita Ex nr Invólucro projetado para restringir a entrada de gases, vapores e névoas. Exemplo de equipamentos Ex nr: Luminárias à vapor de sódio Luminárias com alojamento para Lâmpada Ex na e alojamento para componentes Ex nr Proteção combinada: Ex nanr Gc 02/

3 Tipo de Proteção Ex na / Ex ec Não centelhante / Segurança aumentada Tipo de proteção que provê EPL Gc, aplicável em Zona 2. Principais aplicações: Luminárias LED Ex (incluindo drivers) e lâmpadas LED lineares 02/ Ex na - Não centelhante Exemplos de instalação Motor Síncrono Ex na kw - 20 pólos Máquina acionada: Compressor de HIDROGÊNIO Área do Grupo IIC - Excitatriz do tipo BRUSHLESS Sistema eletrônico de excitação instalado remotamente Luminária LED Ex nar IIC T4 Gc Montagem tipo Estaca 02/

4 Características de motores com tipo de proteção Ex na Não centelhante ABNT NBR IEC Motor construído de maneira que, em condições normais de operação, não provoque centelha ou alta temperatura, da atmosfera ao seu redor. Marcação Ex na IIC T* Gc Condições normais de operação são as condições nominais e variações dentro das faixas previstas em norma de tensão, corrente e frequência A situação de partida do motor elétrico não é considerada condição normal de operação, não sendo considerada para o tipo de proteção Ex na 02/ Motores Ex na e Ex e acima de 1,0 kv Avaliação de risco de centelhamento no entreferro NBR IEC /2016 Anexo G (Normativo) Avaliação de risco de descarga potencial nos enrolamentos do estator - Fatores de risco de ignição Motores com tensão nominal excedendo 1,0 kv devem ser especificadas levando em consideração a Avaliação de risco potencial de centelhamento dos enrolamentos do estator - Fatores de risco de ignição. Se o total da soma dos fatores de risco for maior que 6, elementos aquecedores anticondensação devem ser utilizados e medidas especiais devem ser aplicadas para assegurar que o invólucro não contenha uma atmosfera explosiva de gás no momento da partida NOTA 1: Se a máquina é destinada para operar sob medidas especiais, o certificado deve possuir o símbolo X, de acordo com a NBR IEC NOTA 2: Medidas especiais podem incluir sistema de pré-purga na partida, a aplicação de detectores fixos de gás no interior da máquina ou outros métodos especificados nas instruções do fabricante 02/

5 Motores Ex na e Ex e b acima de 1,0 kv Avaliação de risco de ignição por descarga no estator 02/ Motores Ex na e Ex e b acima de 1,0 kv Avaliação de risco de ignição por descarga no estator Motores com uma potência nominal excedendo 100 kw devem ser avaliados quanto à possibilidade de centelhamento no entreferro. Motores acima de 1,0 kv ou uma amostra representativa deve ser ensaiado com gás de ignição ou deve ser construído para permitir medidas especiais a serem empregadas para assegurar que seu invólucro não contenha uma atmosfera explosiva no momento da partida. Motores com um regime de serviço S1 e S2 que operam continuamente com um número médio de partidas, em operação normal, não excedendo uma por semana, estão excluídos deste requisito. Vídeo sobre centelhamento ocorrido durante a partida de motores de ALTA TENSÃO 02/

6 Tipo de Proteção Ex i Segurança Intrínseca ABNT NBR IEC Um circuito é intrinsecamente seguro quando o mesmo não é capaz de liberar energia elétrica (centelha) ou térmica suficiente para, em condições normais ou anormais (curto-circuito ou circuito aberto), causar ignição de uma atmosfera explosiva. O circuito Ex i é composto por: instrumento de campo, cabos de interligação e componente associado (barreira / isolador galvânico). Tipo de proteção que provê os seguintes EPL: Zona 0 / EPL Ga (Ex ia), Zona 1 / EPL Gb (Ex ib) ou Zona 2 / EPL Gc (Ex ic) 02/ Tipo de Proteção Ex i Segurança Intrínseca A introdução de circuitos elétricos em minas de carvão Sistema de alarme com campainha, utilizado em minas subterrâneas de carvão do Reino Unido, por volta de 1910, utilizando um novo sistema elétrico para sinalização, até então considerado seguro, alimentado com bateria de 10 V. O sistema de sinalização, composto por um conjunto de baterias e uma campainha, era rusticamente acionado por meio de um curto circuito, por meio do toque da pá metálica de cavar o carvão, em dois condutores nus que eram instalados ao longo do trajeto de galeria da mina, desde a sua entrada na superfície até o local da escavação subterrânea. Este circuito energizava uma campainha que era instalada na entrada da superfície da mina, que fazia soar o sinal, indicando a liberação para o puxamento da caçamba contendo carvão 02/

7 Tipo de Proteção Ex i Segurança Intrínseca - Ensaio de centelhamento Dispositivo centelhador padrão para segurança intrínseca Ensaio de centelhamento são realizados com gases para os Grupos IIA, IIB e IIC 02/ Tipo de Proteção Ex i Segurança Intrínseca - Ensaio de centelhamento Dispositivo centelhador padrão para segurança intrínseca Ensaio de centelhamento para Grupos de Gases IIA, IIB e IIC 02/

8 Tipo de Proteção Ex i Segurança Intrínseca Barreiras Zener e Isoladores Galvânicos Equipamento associado [Ex i] sem isolação elétrica: Barreiras Zener Equipamento associado [Ex i] com isolação elétrica: Isoladores galvânicos 02/ Alguns dos benefícios da utilização de projetos com circuitos intrinsecamente seguros 1. Equipamentos intrinsecamente seguros adequadamente especificados podem ser instalados em todos os tipos de zonas. Em particular, estes equipamentos possuem um desempenho histórico satisfatório para instrumentação instalada em locais críticos do ponto de vista de risco e de segurança, tais como em áreas classificadas do tipo Zona 0 e Zona A aplicação criteriosa dos três níveis de proteção da segurança intrínseca ( ia, ib e ic ) assegura que sejam utilizados os equipamentos adequados para cada nível de risco. Normalmente ia é aplicado em Zona 0 ou 20, ib é aplicado em Zona 1 ou 21 e ic é aplicado em Zona 2 ou Equipamentos e sistemas intrinsecamente seguros são normalmente especificados para áreas classificadas do Grupo IIC, o que assegura que os equipamentos sejam também compatíveis com todos os tipos de gases inflamáveis (Grupos IIA, IIB e IIC) 4. A segurança intrínseca permite a utilização de cabos de instrumentação convencionais, reduzindo os custos da instalação. Embora os requisitos de capacitância e indutância dos cabos sejam um possível problema, na verdade, isto representa uma preocupação somente para cabos com comprimentos acima de 400 m, onde gases do Grupo IIC sejam a fonte de risco presente, em função dos seus requisitos mais rigorosos de baixa energia de ignição 02/

9 Conceito de entidade Sistemas intrinsecamente seguros NBR IEC Permite a interligação de instrumentos de campo com barreiras (componentes associados) sem que os mesmos tenham sido certificados em conjunto. Critérios de interconexão Os valores da tensão e da corrente nominais, suportadas pelos instrumentos de campo (Ui e Ii) devem ser maiores ou iguais à tensão e à corrente geradas pela barreira (Uo e Io). A capacitância e a indutância do circuito de campo (Ci e Li), incluindo a fiação de interligação (Cc e Lc), devem ser menores ou iguais à capacitância e à indutância que podem ser conectadas com segurança à barreira (Co e Lo). Barreira Campo Uo Ui Io Ii Co C i + C cabo Lo L i + L cabo Valores típicos de Capacitância e Indutância dos cabos de interligação entre Instrumento + Junction-Box + Painel de Barreiras Ex i : C cabo = 200 nf / km L cabo = 1 mh / km 02/ Sistemas intrinsecamente seguros NBR IEC Exemplo de verificação de interconexão de parâmetros Ex i Conceito de Entidade em Segurança Intrínseca Barreira Campo Uo Ui Io Ii Co C i + C cabo Lo L i + L cabo Equipamento Ex-i Descrição Sensor Proximidade M odelo NJ10-30 GM-N (P+F) Certificado CONFORM. Ex-83 / 2022X Capacitância e Indutância dos cabos de interligação: Lc = 1 mh/km Cc = 200 nf/km ou dados do fabricante Comprimento = 300 metros = 0.3 km Capacitância e Indutância total: Ui V Ii ma Li mh Lc mh Ci nf Cc nf Gás do Grupo IIC Dispositivo Associado Descrição Modelo Certificado CONFORM. Uo V Io ma Lo mh Co nf Gás do Grupo SDCD / PLC Isolador Galvânico KD-01-Ex Sense Ex- 074/ IIC 02/

10 Sistemas intrinsecamente seguros NBR IEC Exemplo de verificação de interconexão de parâmetros Ex i Cabos: comprimento total de 500 m Lc = 0.5 mh Cc = 100 nf Barreira Barreira Campo Uo Ui Io Ii Co C i + C cabo Lo L i + L cabo Transmissor Grupo IIC P+F KFD2-CR-Ex1.30 Uo 28 V Io 93 ma Lo 4.2 mh Co 130 nf SENSE KD-21T/Ex Uo 28 V Io 86 ma Lo 5.0 mh Co 130 nf SMAR Mod. LD 301 Ui 30 V Ii 89 ma Li 0.0 mh Ci 6,4 nf YOKOGAWA Mod. EJA-110A Ui 30 V Ii 165 ma Li 0.73 mh Ci 22.5 nf 02/ Sistemas intrinsecamente seguros NBR IEC Zona 0 IIB T3 Ga REATOR T Nível 5A RTD RT 101 Tipo 2345 Equipamento "simples" Cabo T03 Área classificada Zona 1 IIB T3 Gb REATOR T Nível 5B Transmissor de temperatura TR Tipo 365S BCD LTD. CERT. PTB IECEX 06789/2013 Cabo T04 Zona 2 IIB T3 Gc Caixa de Junção 101a 101b 101c REATOR T Nível 5A Equipamento "simples" JB a 101b 101c Cabo T05 Terra do gabinete de interfaces Interface SI T4010 Área não classificada Gabinete de Interface Posição SDCD: Gabinete 4 Desenho N.º: Cabo T105 1 azul 101a 2 branco 101b 3 vermelho 24 V preto 4 0 Modelo 4041 ASD. PTY. CERT. CEPEL IECEX 01234/2014 Fonte de alimentação Gabinete Desenho N.º: 3-E Diagrama de malhas Típico de instalação de sistemas intrinsecamente seguros 02/

11 Sistemas intrinsecamente seguros NBR IEC Equipamentos Simples Barreira de segurança intrínseca Equipamento associado [Ex ia Ga] IIC Alimentação Saída Caixa de Junção Exemplos de equipamentos simples: Equipamentos simples: Contatos secos, termopares, células de Sem baterias ou acumuladores internos carga, RTDs, caixas de junção Limitados a 1.5 V, 100 ma e 25 mw Conectados a uma única fonte de alimentação Sem transformação interna de tensão ou corrente Não necessitam possuir certificação Ex desde que façam parte de um circuito Ex i 02/ Exemplo de segregação de circuitos intrinsecamente seguros e não intrinsecamente seguros, em sistemas de bandejamento distintos. Instalação de circuitos intrinsecamente seguros - NBR IEC No caso de sistemas de bandejamento ou eletrodutos metálicos, estes devem ser aterrados, de forma a evitar a circulação de correntes induzidas parasitas entre os dutos de cabos. Exemplo de separação física entre circuitos intrinsecamente seguros (à esquerda, na cor azul) e circuitos não intrinsecamente seguros (à direita, não em cor azul), por meio de bandejas ou eletrocalhas distintas 02/

12 Instalações Elétricas e de Instrumentação Exemplos de instalação de circuitos de Segurança Intrínseca Ex i Transmissores de campo Prensa cabos plásticos e cabos na cor azul Painel Local de Controle (ao fundo) Armário de Barreiras/Rearranjo instalado em área não classificada (no interior da Casa de Controle Local) 02/ Exemplos de instalação de circuitos de Segurança Intrínseca Ex i Exemplo de instalação de equipamentos e circuitos intrinsecamente seguros e não intrinsecamente seguros em áreas classificadas Norma ABNT NBR IEC /

13 Instalações Elétricas e de Instrumentação Exemplos de instalação de circuitos Ex i Caixas de Junção Ex e com circuitos Ex i na cor azul clara 02/ Exemplos de instalação de circuitos Ex i Caixas de Junção Ex e com circuitos Ex i na cor azul clara 02/

14 Exemplos de instalação de circuitos Ex i Instrumentos transmissores, caixas de Junção Ex e com circuitos Ex i na cor azul clara 02/ Diferentes configurações de instalação de segurança intrínseca e de interligação com o SDCD / PLC 02/

15 Instalações Elétricas e de Instrumentação Exemplos de instrumentação de campo em áreas classificadas com sistema de I/O Remoto Ex i Caixas de Junção Inteligentes, contendo barreiras Ex i, fontes de alimentação e Gateways, com possibilidade de comunicação serial redundante diretamente com os controladores do SDCD ou PLC. Sem necessidade de instalação de multicabos entre campo e Sala de Controle, nem de Armários de Rearranjo e nem de Cartões de I/O junto ao SDCD / PLC. 02/ Exemplos de instrumentação de campo em áreas classificadas com sistema de I/O Remoto Ex i 02/

16 Instalações Elétricas e de Instrumentação Exemplos de instrumentação de campo em áreas classificadas com sistema de I/O Remoto Ex i 02/ FISCO FieldBus Intrinsecamente Seguro NBR IEC Terminador Fonte de alimentação do sistema FISCO Rede de dados de campo (Fieldbus) U T T U I Derivação Terminador Rede de dados do sistema de controle (SDCD/PLC) Dispositivos de campo intrinsecamente seguros ÁREA CLASSIFICADA 02/2017 Terminal portátil ÁREA NÃO CLASSIFICADA

17 FISCO FieldBus Intrinsecamente Seguro NBR IEC / Exemplos de equipamentos portáteis Ex i PDA Palm-top Handheld computer Ex i 02/

18 Exemplos de equipamentos portáteis Ex i Rádios Walkie-Talkie Multímetros RFIDs - Lanternas Ex i 02/