CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM SISTEMAS ELÉTRICOS ALOISIO BATISTA DE ALMEIDA CRISTIANO DA ROCHA PESSANHA RALFA BUÇARD HENRIQUES

CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM SISTEMAS ELÉTRICOS ALOISIO BATISTA DE ALMEIDA CRISTIANO DA ROCHA PESSANHA RALFA BUÇARD HENRIQUES ATERRAMENTOS EM ÁREAS CLASSIFICADAS CAMPOS DOS GOYTACAZES / RJ 2010

ALOISIO BATISTA DE ALMEIDA CRISTIANO DA ROCHA PESSANHA RALFA BUÇARD HENRIQUES ATERRAMENTOS EM ÁREAS CLASSIFICADAS Monografia apresentada ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Fluminense como requisito parcial para conclusão do Curso Superior de Tecnologia em Sistemas Elétricos. Orientador: Prof. Carlos Alberto F. Henriques CAMPOS DOS GOYTACAZES / RJ 2010 ii

ALOISIO BATISTA DE ALMEIDA CRISTIANO DA ROCHA PESSANHA RALFA BUÇARD HENRIQUES ATERRAMENTOS EM ÁREAS CLASSIFICADAS Monografia apresentada ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Fluminense como requisito parcial para conclusão do Curso Superior de Tecnologia em Sistemas Elétricos. Aprovada em 21 de Julho de 2010. Banca Avaliadora: Prof. Carlos Alberto F. Henriques, Coordenador do curso Técnico de Eletrotécnica - IFF Prof. Leonardo Carneiro Sardinha, M.Sc., Coord. do curso Superior de Tecnologia em Sistemas Elétricos - IFF Prof. Helder Siqueira Carvalho, M.Sc., Diretor de ensino da área industrial - IFF CAMPOS DOS GOYTACAZES / RJ 2010 iii

AGRADECIMENTOS Agradecemos a Deus primeiramente, por ter nos dado o dom e a sabedoria e por nos ajudar até aqui. Agradecemos aos nossos familiares e amigos por todo apoio e incentivo. Aos professores do curso de Tecnologia em Sistemas Elétricos pelos conhecimentos transmitidos e experiências de vida que muito nos ajudou. Ao professor Carlos Alberto, pela orientação e desenvolvimento do nosso trabalho. Ao amigo Elisomar Miranda pelo incentivo e ajuda. iv

... Até aqui nos ajudou o Senhor. I Samuel 7: 12 b v

RESUMO Este trabalho apresenta informações de grande importância para instalação, manutenção e operação de equipamentos elétricos e a utilização do aterramento em áreas classificadas. Serão apresentadas informações sobre combustão e sua relação em áreas classificadas, classificação de áreas, equipamentos elétricos instalados nestas áreas, influência da ventilação e métodos de aterramento dos equipamentos instalados. Serão relacionadas às principais normas aplicadas no Brasil e sua relação com as normas internacionais, bem como os organismos de certificação, também alguns exemplos de aplicação na área do petróleo, setor onde pode ser encontrada a maior possibilidade de áreas com potencialidade de explosão por atmosfera explosiva. Palavras-chave: Aterramento. Áreas Classificadas. Atmosfera Explosiva. vi

ABSTRACT This work presents valuable information for installation, maintenance and operation of electrical equipment and the use of grounding in hazardous locations. Will provide information on combustion and their relationship in hazardous areas, classification of areas, electrical equipment installed in these areas, the influence of ventilation and methods of grounding the equipment installed. Be related to the main standards applied in Brazil and its relationship with international standards and certification bodies, also some examples of application in the field of oil industry where you can find the largest possible areas with potential for an explosion by explosive atmosphere. Keywords: Grounding. Hazardous. Explosive Atmosphere. vii

LISTA DE SIGLAS ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas API - American Petroleum Institute (Instituto de Petróleo Americano) Blow-out - poço fluindo totalmente sem controle Ex simbologia utilizada para identificar equipamento elétrico destinado a ser instalado em atmosfera potencialmente explosiva. FPSO Floating, Production, Storage and Offloading (Navio Plataforma que Produz, Armazena e faz Off Loading) FSO Floating, Storage and Offloading (Navio Plataforma que Armazena e faz Off Loading) Hood Invólucro (compartimento) de Turbogeradores IEC - International Electrotechnical Commission (Comissão Eletrotécnica Internacional) INMETRO Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial. Instru-Ex Instruções gerais para instalações em atmosferas explosivas. NBR Norma Brasileira Regulamentada OCP Organismo de Certificação de Produto. Skid Local onde é montado o conjunto de determinado sistema ou equipamento SOLAS SAFE OF LIFE AT SEA (Salvaguarda a Vida Humana no Mar) UPS Uninterruped Power System (Sistema ininterrupto de Potência) viii

SUMÁRIO RESUMO.... vi ABSTRACT.... vii LISTA DE SIGLAS.... viii Capítulo 1 Introdução.... 11 1.1 Estrutura do trabalho.... 11 1.2 Objetivo.... 12 Capítulo 2 A combustão e sua relação com áreas classificadas.... 13 2.1 Temperatura.... 13 2.2 Fontes de ignição.... 14 2.2.1 Origem elétrica... 14 2.2.2 Origem não elétrica.... 14 2.3 Ponto de fulgor.... 14 2.4 Ponto de combustão.... 15 2.5 Ponto de ignição.... 15 2.6 Limites de inflamabilidade... 15 2.7 Densidade relativa de gás ou vapor... 17 2.8 Triângulo do fogo.... 18 2.9 Relação entre combustão, classificação de área e atmosfera explosiva.... 18 Capítulo 3 Áreas Classificadas.... 19 3.1 O conceito de zona.... 19 3.2 Fonte de risco.... 20 3.3 Eventos catastróficos.... 20 Capítulo 4 Classificação de áreas.... 22 4.1 Normas aplicáveis a classificação de áreas.... 23 4.2 Critérios da International Electrotechnical Commission (IEC).... 24 4.2.1 Tipo de indústria.... 25 4.2.2 Tipo de substância.... 25 4.2.3 Temperatura de ignição das substâncias inflamáveis.... 25 4.3 - Critérios da American Petroleum Institute (API).... 27 Capítulo 5 Equipamentos elétricos em áreas classificadas.... 29 5.1 Tipos de proteção.... 29 5.1.1 À Prova de explosão.... 30 5.1.2 Pressurizado (Ex p).... 31 5.1.3 Imerso em óleo (Ex o) / Imerso em areia (Ex q) / Imerso em resina (Ex m).... 32 5.1.4 Segurança aumentada (Ex e).... 32 5.1.5 Segurança intrínseca (Ex i).... 33 ix

5.1.6 Não acendível (Ex n).... 33 5.1.7 Especial (Ex s).... 34 5.2 Grau de proteção.... 34 5.3 Certificado de conformidade dos equipamentos.... 36 Capítulo 6 A Influência da ventilação em áreas classificadas.... 39 Capítulo 7 Plano classificação de áreas.... 41 7.1 Listas de dados para áreas classificadas.... 43 Capítulo 8 Aterramentos... 44 8.1 Tipos de aterramentos e seus princípios de funcionamento.... 44 8.1.1 Aterramento de segurança.... 44 8.1.2 Aterramento funcional do sistema elétrico.... 46 8.1.3 Esquemas de ligação de aterramento funcional de baixa tensão.... 47 8.1.4 Simbologia de classificação... 47 8.1.5 Sistema com neutro solidamente aterrado.... 48 8.1.6 Esquemas de aterramento.... 49 8.1.7 Sistema com neutro aterrado por resistência.... 51 8.1.8 Sistema isolado.... 52 8.1.9 Vantagens dos sistemas isolados ou aterrados por alta resistência.. 54 8.2 Detectores de falta para terra nos sistemas isolados em plataformas de petróleo.... 56 8.3 Detecção e alarme de falta à terra.... 56 8.4 Aterramento de sistema elétrico em plataformas de petróleo e navios.... 57 8.4.1 Aterramento de sistema elétrico em baixa tensão.... 57 8.4.2 Aterramento de sistema elétrico em alta tensão.... 57 8.4.3 Aterramento de sistema de corrente contínua e UPS.... 58 8.4.4 Eletricidade estática.... 58 8.4.5 Contato metálico para descarga de eletricidade estática.... 59 8.4.6 Aterramento de blindagem e armadura metálica de cabos.... 60 8.4.7 Equipamentos móveis que transitam em áreas classificadas.... 62 8.4.8 Equipamentos transportáveis, máquinas de solda.... 62 8.5 Equipamentos instalados em áreas classificadas.... 63 8.6 Manutenção de equipamentos em áreas classificadas.... 63 Capítulo 9 Conclusão.... 65 Capítulo 10 Bibliografia.... 66 x

11 CAPÍTULO 1: INTRODUÇÃO A classificação de áreas é uma das regras que permite avaliarmos o grau de risco da presença de uma mistura inflamável em uma unidade industrial. Essa classificação contém informações sobre o tipo de substância inflamável que pode estar presente no local, sobre a probabilidade dessa substância estar presente no meio externo e quais os limites da área com risco de presença de atmosfera explosiva. Os equipamentos elétricos, ao operarem em atmosferas potencialmente explosivas, podem se constituir em fontes de ignição ocasionadas por centelhamento normal, consequente da abertura e fechamento de seus contatos, ou simplesmente pelo fato de apresentarem temperatura elevada. Essa temperatura elevada pode ser intencional, com o fim de atender a uma função própria do equipamento ou provocada por correntes de defeito. Para que a energia elétrica das empresas não se constitua em perigo, é necessário que se providenciem meios de segurança e proteção das instalações elétricas. A fabricação dos equipamentos elétricos, sua montagem, métodos de aterramento e manutenção seguem portanto, normas técnicas que garantem um nível de segurança aceitável para as instalações. Esse nível de segurança depende de uma avaliação cujo resultado é a classificação de áreas, representada por um desenho básico utilizado no desenvolvimento de toda instalação elétrica da indústria. 1.1: ESTRUTURA DO TRABALHO Este trabalho é constituído, além da introdução de mais 9 capítulos. No capítulo 1 é apresentada uma visão geral do assunto, bem como a estrutura e objetivo do mesmo. No capítulo 2 será mostrada a relação da combustão com as áreas classificadas, temperatura, triângulo do fogo entre outros. No capítulo 3 serão apresentadas as áreas classificadas. No capítulo 4 mostraremos as normas aplicáveis à classificação de áreas e seus critérios conforme a IEC (International Electrotechnical Commission).

12 No capítulo 5 serão apresentados os critérios para a utilização de equipamentos elétricos em áreas classificadas e suas respectivas certificações. No capítulo 6 será abordada a influência da ventilação em áreas classificadas. No capítulo 7 teremos os planos para a classificação de áreas. No capítulo 8 serão apresentados os tipos de aterramentos e a correta manutenção dos equipamentos instalados nestas áreas. 1.2: OBJETIVO Este trabalho tem como objetivo informar de forma clara e eficiente para os alunos, professores e todos aqueles que trabalham em áreas classificadas, a correta utilização dos equipamentos, suas certificações e cuidados com o aterramento seguro e eficaz, fazendo com que as instalações estejam de acordo com as normas de segurança necessárias para operação e manutenção.

13 CAPÍTULO 2: A COMBUSTÃO E SUA RELAÇÃO COM ÁREAS CLASSIFICADAS A combustão é um dos fenômenos que ocorrem rotineiramente em nosso cotidiano, mesmo que não percebamos, em cozinhas, automóveis, fábricas e diversos outros contextos da nossa vida. Podemos definir esse fenômeno como: Uma reação química que envolve uma substância combustível e uma substância comburente, promovida a partir de uma fonte de calor inicial. Durante a combustão ocorre a formação da reação em cadeia, e a liberação de energia na forma de luz e calor. Como conseqüências são gerados subprodutos na forma de gases (vapor d água, monóxido, dióxido de carbono, dióxido de enxofre e óxidos de nitrogênio) além de cinzas e resíduos de carbono (carvão, fuligem, coque, etc). Para que haja combustão é necessária a presença de: Combustível: material sólido, líquido ou gasoso capaz de reagir com o comburente, em geral o gás oxigênio, através de uma reação de combustão. Comburente: material gasoso que permite que ocorra a reação de oxidação de um material combustível, produzindo assim a combustão. Fonte de ignição: condição ou agente que, ao introduzir a energia mínima necessária, pode dar início ao processo de combustão na mistura combustível/comburente. O senso comum nos faz associar as fontes de ignição à presença de chama (fogo), mas também são exemplos superfícies e atmosferas aquecidas, centelhas, atrito etc. Vejamos alguns conceitos de extrema relevância para o entendimento do processo de combustão e classificação de área. 2.1: TEMPERATURA submetida. A temperatura de uma substância é influenciada pelo meio e pelo processo aos quais está

14 Temperatura: Parâmetro físico que descreve um sistema associado a noções de frio e calor e a transferências de energia térmica, está associada à combustão quando falamos em fontes de ignição e inflamabilidade de substâncias. 2.2 : FONTES DE IGNIÇÃO As fontes de ignição mais comuns na instalação industrial são de origem elétrica. No entanto, não são as únicas fontes existentes. Abaixo estão apresentados exemplos de fontes de ignição de origem elétrica e não elétrica. 2.2.1 Origem elétrica Equipamento elétrico do tipo comum; Arco elétrico; Centelha devido a curto circuito. 2.2.2 Origem não elétrica Centelha ou fagulha gerada mecanicamente; Chama exposta; Cigarro; Superfície quente 2.3 : PONTO DE FULGOR É a menor temperatura na qual o líquido libera vapor em quantidade suficiente para formar uma mistura inflamável. Na presença de uma fonte de ignição, resulta em um flash, que representa o início da combustão. Nessa temperatura, a quantidade de vapor não é suficiente para dar continuidade à combustão.

15 Segundo a norma da ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), NBR 7505 (Armazenagem de líquidos inflamáveis e combustíveis) define líquidos inflamáveis e combustíveis, baseados no ponto de fulgor do líquido, da seguinte forma: Figura 1: Classe dos Combustíveis Líquidos 2.4 : PONTO DE COMBUSTÃO Trata-se da temperatura com poucos graus acima do ponto de fulgor. Nesta temperatura, o líquido libera vapor em quantidade suficiente para iniciar e dar continuidade à combustão na presença de uma fonte de ignição. 2.5 : PONTO DE IGNIÇÃO O ponto de ignição é a menor temperatura de uma superfície ou de uma centelha, capaz de iniciar a combustão. 2.6 : LIMITES DE INFLAMABILIDADE Os limites de inflamabilidade referem-se à concentração da mistura formada entre o ar e o gás inflamável ou vapor inflamável. Limite Inferior de Inflamabilidade (LII): é a concentração mínima na qual a mistura se torna inflamável. Também é chamado de Limite Inferior de Explosividade (LIE).

16 Limite Superior de Inflamabilidade (LSI): é a concentração que passa a ter produto inflamável em quantidade excessiva para a combustão. Também chamado de Limite Superior de Explosividade (LSE). Figura 2: Faixa de Inflamabilidade dos Gases Obs: Substâncias com baixos valores de LIE merecem atenção especial, pois rapidamente podem formar uma mistura inflamável com o ar. As faixas de concentração que compõem a escala de inflamabilidade são: Figura 3: Concentração de uma Mistura Inflamável

17 2.7 DENSIDADE RELATIVA DE GÁS OU VAPOR Densidade de um gás ou vapor relativamente à densidade do ar, nas mesmas condições de pressão e temperatura, considerando-se a densidade do ar igual a 1.0. Basicamente, quando se tem um gás ou vapor com densidade menor do que 1.0 diz-se que este gás/vapor é mais leve que o ar, portanto é facilmente dispersado em movimento ascendente. Podem ser citados, como exemplos, o acetileno, o metano e o hidrogênio. Figura 4: Comportamento de Gases Leves Se o gás/vapor possui densidade maior do que 1.0, diz-se que é mais pesado que o ar, portanto tende a acumular mais abaixo e possui dispersão mais lenta. Figura 5: Comportamento de Gases Pesados

18 2.8 : TRIÂNGULO DO FOGO Para que haja fogo, é necessário que os três elementos essenciais que promovem o início de uma combustão estejam presentes. Esses três elementos geram o que é conhecido como triângulo do fogo. Figura 6: Triângulo do Fogo 2.9 : RELAÇÃO ENTRE COMBUSTÃO, CLASSIFICAÇÃO DE ÁREA E ATMOSFERA EXPLOSIVA Quando uma atmosfera é potencialmente explosiva, essa área é caracterizada como área classificada. Os conceitos relacionados à combustão nos auxiliarão no entendimento da possibilidade ou não da instalação de determinados equipamentos elétricos em áreas classificadas. Como exemplos de situações do dia-a-dia, podemos citar: Figura 7: Realização de Trabalhos em Áreas Classificadas

19 CAPÍTULO 3: ÁREAS CLASSIFICADAS A classificação de áreas está baseada em eventos e situações associados às operações normais ou anormais, porém previstas, de uma instalação industrial. Áreas classificadas são áreas nas quais há a ocorrência ou a possibilidade de ocorrência de uma atmosfera potencialmente explosiva. 3.1: O CONCEITO DE ZONA As atmosferas potencialmente explosivas que resultam em áreas classificadas podem surgir a partir de operações de perfuração ou testes de produção em poços, e também em torno de equipamentos e instalações de produção onde gases, líquidos ou poeiras inflamáveis são armazenados, processados ou manuseados. Em uma instalação industrial, a classificação de áreas deve ser feita, preferencialmente, por equipe multidisciplinar, a correta classificação de áreas por zonas é fundamental para que os equipamentos elétricos instalados nessas áreas não sejam fontes de ignição dessa atmosfera potencialmente explosiva. Exemplo de classificação de áreas de um tanque com líquido inflamável em áreas abertas e adequadamente ventiladas Figura 8: Classificação de Área em um Tanque com Líquido Inflamável

20 3.2: FONTE DE RISCO É o ponto ou local no qual uma substância pode ser liberada para formar uma atmosfera inflamável e/ou explosiva. A fonte de risco recebe uma classificação de acordo com o grau do risco envolvido, como é mostrado a seguir: Fonte de risco de grau contínuo - a liberação da substância ocorre continuamente por longos períodos ou frequentemente por curtos períodos; Fonte de risco de grau primário - a liberação da substância ocorre periodicamente ou ocasionalmente, em condições normais de operação, ou é causada por operações de reparo, manutenção frequente, rompimento, falha no equipamento de processo, condições que sejam anormais, porém previstas, e onde aparecem, simultaneamente, mistura explosiva e fonte de ignição elétrica; Fonte de risco de grau secundário - a liberação da substância ocorre em condições anormais de operação ou causadas por rompimento, falha no equipamento de processo que sejam anormais, porém previstas, ou infrequentes, por curtos períodos. Figura 9: Classificação das Zonas de Risco 3.3: EVENTOS CATASTRÓFICOS Para a classificação de áreas, não se deve levar em consideração os eventos catastróficos geralmente associados a liberações de inventário de hidrocarbonetos. Pelos conceitos de classificação de áreas, a presença de uma atmosfera potencialmente explosiva poderá ser anormal, desde que esperada a ocorrência, o que não é o caso de grandes vazamentos de óleo e gás.

21 Exemplos de eventos catastróficos: Blow-out Ruptura de vasos ou tubulações com hidrocarbonetos Esses eventos são verificados no escopo de uma avaliação mais profunda e são realizados à luz de estudos denominados Análise de Riscos. Blow-out - poço fluindo totalmente sem controle, podendo criar sérias conseqüências, tais como danos aos equipamentos da sonda, acidentes pessoais, perda total ou parcial do reservatório, poluição e dano ao meio ambiente.

22 CAPÍTULO 4: CLASSIFICAÇÃO DE ÁREAS Após a identificação da área classificada por zonas, identificamos a classificação de áreas seguindo as definições das normas aplicáveis. A partir destas normas, há o detalhamento da área classificada. De acordo com a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), as áreas com possibilidade ou presença de gás ou vapor são classificadas em Zona 0, Zona 1 e Zona 2, como mostra afigura abaixo: Figura 10: Classificação de Área para Gás ou Vapor Neste trabalho será abordada apenas a classificação para gás ou vapor, sendo citado o método de classificação para poeiras combustível para conhecimento do leitor. As áreas com possibilidade ou presença de poeira combustível são classificadas em Zona 21, Zona 22 e Zona 23 (IEC 6142). Figura 11: Classificação de Áreas para Poeira Combustível

23 O processo ou armazenagem de poeira nas indústrias alimentícias, de tecidos, de madeiras, borrachas, metais entre outras, oferece risco de explosão. A poeira oferece riscos de explosão quando misturada com o ar formando nuvens ou depositada sobre equipamentos elétricos, neste caso o risco é potencial, podendo iniciar um processo de combustão sem chama e chegar a um incêndio de grandes proporções. Zona 20: Área na qual poeira combustível na forma de nuvem misturada com o ar, está continuamente presente durante longos períodos; Zona 21: Área na qual poeira combustível na forma de nuvem misturada com o ar está presente durante a operação normal; Zona 22: Área na qual poeira combustível na forma de nuvem é improvável que aconteça durante operação normal e se ocorrer será por curtos períodos. No que se refere ao assunto sobre áreas classificadas, devem ser seguidas normas da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), que, por conseguinte, cumprem as normas da International Electrotechnical Commission (IEC). 4.1: NORMAS APLIVÁVEIS À CLASSIFICAÇÃO DE ÁREAS IEC - International Electrotechnical Commission Órgão internacional de normalização para o setor eletrotécnico, responsável por normas internacionais, que tem como objetivos definir critérios universalmente aceitos. O quadro a seguir apresenta algumas das normas da IEC para classificação de áreas:

24 Figura 12: Normas IEC para Classificação de Áreas Obs: Como estas são normas internacionais, ainda não há tradução para as mesmas. API - American Petroleum Institute Trata-se de uma norma nacional, com validade no território de um determinado país, neste caso os Estados Unidos. No Brasil, as normas de outros países são chamadas de normas estrangeiras, que é o caso das normas API. A Seguinte norma API é utilizada para classificação de áreas: API RP 505 - Recommended Practice for Classification of Locations for Electrical Installations at Petroleum Facilities Classified as Class I, Zone 0, Zone 1 and Zone 2. 4.2: CRITÉRIOS DA INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION (IEC) Os critérios da IEC estão relacionados: Ao tipo de indústria; Ao tipo de substância inflamável; À temperatura de ignição das substâncias inflamáveis.

25 4.2.1: Tipo de indústria A IEC classifica em dois grupos os ambientes nos quais pode ocorrer à presença de produtos inflamáveis. São eles: Grupo I: Indústrias de mineração subterrânea. Grupo II: Indústrias de superfície. 4.2.2: Tipo de substância Por exemplo, a Petrobras é uma indústria de superfície Grupo II. Para esse grupo, a IEC apresenta critérios associados a uma gradação da periculosidade das substâncias inflamáveis. Essa gradação é subdividida em grupos de substâncias (gases ou vapores) com propriedades físicas semelhantes, durante a ocorrência de uma explosão. Essa subdivisão é apresentada no quadro a seguir: Figura 13: Classificação de Periculosidade em Função da Substância 4.2.3: Temperatura de ignição das substâncias inflamáveis Outro critério de muita importância na classificação de áreas é a classe de temperatura, que define a temperatura máxima que um equipamento elétrico pode atingir por qualquer parte ou superfície. A partir dessa classe, é possível identificar as possibilidades de ignição de uma

26 atmosfera potencialmente explosiva nas proximidades do equipamento que será instalado em área classificada. Os mesmos deverão possuir uma marcação de temperatura para orientar sua aplicação, como segue na tabela a seguir: Figura 14: Classe de Temperatura Um equipamento de uma determinada classe de temperatura pode ser usado na presença de qualquer gás que tenha a temperatura de ignição maior que a temperatura da categoria do equipamento, desde que atenda ao critério do grupo de gás. Na maior parte das instalações de produção de petróleo, a classe de temperatura exigida é a T3 devido a algumas frações da produção possuírem temperatura de ignição superior a 200 C. Esses equipamentos da classe de temperatura T3 podem ser instalados em qualquer atmosfera cujo gás/vapor tenha temperatura de ignição maior que 200 C. Para essa atmosfera também podem ser utilizados equipamentos de classe de temperatura T4, T5 e T6.

27 Figura 15: Tabela de Temperatura de uma Área de acordo com a Presença de Gases ou Vapores 4.3: CRITÉRIOS DA AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE (API) Atualmente, no Brasil, devemos seguir a normalização internacional IEC. Entretanto, a maior parte das instalações petrolíferas possuem equipamentos elétricos especificados de acordo com as normas do API, sendo, portanto, importante identificar essa classificação. A classificação americana divide os ambientes em classes: Classe I - Gases e vapores inflamáveis. Classe II - Poeiras combustíveis. Classe III - Fibras combustíveis.

28 Da mesma forma que a IEC, existe a subdivisão de acordo com a semelhança das propriedades das substâncias: Classe I - subdividida em Grupo A, Grupo B, Grupo C e Grupo D; Classe II - subdividida em Grupo E, Grupo F e Grupo G; Classe III - não apresenta subdivisões. Desta classificação, iremos salientar apenas a Classe I e as substâncias estão descritas abaixo: Grupo A - Acetileno. Grupo B - Hidrogênio, butadieno, óxido de etileno. Grupo C - Etileno, éter etílico, ciclopropano, sulfeto de hidrogênio. Grupo D - Metano, butano, propano, gás natural, álcool, benzeno, gasolina. A tabela a seguir mostra as principais diferenças entre as normas. Observe que a classificação API é inversa à classificação IEC. Na classificação API, a periculosidade da substância é decrescente, ou seja, a mais perigosa é a do Grupo A, já no caso da IEC, a mais perigosa é do Grupo IIC. Figura 16: Comparativo IEC X API De acordo com Hélio Kanji Suzuki (2002), atmosfera potencialmente explosiva é definida como potencialmente explosiva quando em seu estado normal ela não é perigosa, mas existe a possibilidade que em circunstância anormal ela se torne explosiva. Por exemplo, no caso de um vazamento de gás ou na vaporização de um vazamento líquido.

29 CAPÍTULO 5: EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS EM ÁREAS CLASSIFICADAS Em áreas classificadas, o cuidado com instalação de equipamentos elétricos é essencial. Essas instalações devem ser feitas a partir de uma regra básica: Só instalar equipamentos elétricos ou outros equipamentos que possam gerar fonte de ignição que sejam estritamente essenciais para a operação da unidade. Os equipamentos elétricos permitidos em áreas classificadas têm como obrigatoriedade o certificado de conformidade, solicitado por Portaria do INMETRO. Esse certificado é importante, pois atesta que o equipamento elétrico poderá ser instalado em áreas classificadas. A certificação de conformidade está associada ao atendimento dos requisitos que são utilizados na construção dos equipamentos, presentes em normas aplicáveis, também chamados de requisitos construtivos. Esses requisitos determinam os tipos de proteção adequados ao equipamento. É comum que a classificação por grau de proteção seja confundida como a classificação dos tipos de proteção devido à semelhança dos termos e sua aplicação. Apesar de não ser específico para equipamentos elétricos de uso em áreas classificadas, o conceito de grau de proteção deve ser conhecido para que essa confusão não comprometa a segurança das pessoas e da instalação. ATENÇÃO: Nunca deverão ser utilizados em áreas classificadas equipamentos elétricos que não possuam certificado de conformidade. 5.1: TIPOS DE PROTEÇÃO Os equipamentos elétricos comuns são considerados como possíveis fontes de ignição em uma atmosfera potencialmente explosiva e, por isso, necessitam de requisitos técnicos específicos para isolar e até mesmo eliminar suas fontes de ignição, que é um dos três elementos que compõem o triângulo de fogo.

30 Os tipos de proteção dos equipamentos estão associados à classificação de áreas por zonas : Zona 0: é a área onde continuamente está presente uma atmosfera potencialmente explosiva ou a mesma ocorre por longos períodos. Zona 1: é a área onde é provável a ocorrência de uma mistura potencialmente explosiva durante a operação normal de uma instalação/equipamento. Zona 2: é a área onde é pouco provável a ocorrência de uma mistura potencialmente explosiva durante a operação normal ou anormal esperada (exemplos: vazamentos em válvulas e flanges) de uma instalação/equipamento. Ainda que ocorra, será por curtos períodos. Cada equipamento tem o requisito técnico designado por uma simbologia específica. A simbologia a ser utilizada para a designação do tipo de proteção deve ser composta da sigla Ex (explosão), seguida de uma letra. A seguir, serão apresentados os tipos de proteção, suas simbologias e características. 5.1.1: À prova de explosão (Ex d) Este tipo de equipamento é capaz de suportar uma explosão interna, sem permitir que essa explosão se propague para o meio externo. Tem como método de proteção o confinamento da explosão dentro de um invólucro robusto. São adequados para utilização em áreas classificadas como zona 1 e zona 2. Estes invólucros podem ser de tampas flangeadas ou roscadas, conforme imagens a seguir. Figura 17: Invólucros a Prova de Explosão

31 Figuras 15A/B: Invólucros a Prova de Explosão (Tampa Flangeada e Roscada) 5.1.2: Pressurizado (Ex p) São invólucros cuja pressão interna é maior que a pressão atmosférica, ou seja, pressão positiva, que utiliza a segregação de faíscas como método de proteção. Dessa forma, isola-se fisicamente a atmosfera potencialmente explosiva das possíveis fontes de ignição de um equipamento/componente elétrico. Geralmente são pressurizadas com ar seco ou gás inerte e, em caso de despressurização do invólucro, o equipamento é desenergizado. São adequados para utilização em áreas classificadas como zona 1 e zona 2. Figura 18: Esquema de um Equipamento Pressurizado

32 5.1.3: Imerso em óleo (Ex o) / Imerso em areia (Ex q) / Imerso em resina (Ex m) Estes invólucros, da mesma forma que os invólucros pressurizados, utilizam a segregação de faíscas como método de proteção. Neste caso, as partes que podem causar centelhas ou alta temperatura situam-se em um meio isolante que pode ser óleo, areia ou resina. Figura 19: Esquema de Equipamento Imerso 5.1.4: Segurança aumentada (Ex e) Usam como medida de proteção a prevenção, na qual se controla a fonte de ignição de forma a não possuir energia elétrica e térmica suficientes para detonar a atmosfera potencialmente explosiva. São equipamentos elétricos nos quais são aplicadas medidas construtivas adicionais que, em condições normais de operação, não produzem arcos, centelhas ou altas temperaturas. É uma alternativa à utilização de equipamentos elétricos do tipo à prova de explosão devido à instalação e manutenção mais simples, não necessitando de oficinas qualificadas de serviços especializados e credenciadas pelos fabricantes. São adequados para a utilização em áreas classificadas como zona 1 e zona 2.

33 5.1.5: Segurança intrínseca (Ex i) São equipamentos elétricos com dispositivo ou circuito que, em condições normais ou anormais (curto-circuito) de operação, não possuem energia suficiente para inflamar a atmosfera explosiva. São divididos em dois tipos: Ex ia e Ex ib A categoria Ex ia pode ser utilizada em zona 0, pois é fabricada de modo que o equipamento possa sofrer até dois defeitos consecutivos e simultâneos, sem a ignição da atmosfera explosiva. Os equipamentos de categoria Ex ib, por sua vez, podem ser utilizados em zona 1 e zona 2 e, caso haja um único defeito no circuito, não provoca a ignição da atmosfera explosiva. Figura 20: Método de Proteção de um Equipamento Ex i 5.1.6: Não acendível (Ex n) São equipamentos de energia limitada e, em condições normais de operação, não são capazes de provocar a ignição de uma atmosfera explosiva. Este tipo de equipamento só é permitido para a utilização em áreas classificadas como zona 2.

34 5.1.7 Especial (Ex s) zona 2. Esta simbologia é utilizada para equipamentos ainda não previstos em normas. Dependendo do tipo, pode ser utilizado em áreas classificadas como zona 0, zona 1 e 5.2: GRAU DE PROTEÇÃO O grau de proteção refere-se à proteção gradativa que o invólucro dá ao equipamento, levando em consideração a penetração de objetos sólidos, inclusive mãos e dedos, e a penetração de líquidos. A simbologia a ser utilizada para a designação do grau de proteção de invólucros deve ser composta da sigla IP (proteção de invólucro), seguida de dois dígitos característicos do grau especificado, ou seja, IP-XY. O primeiro dígito (X) refere-se à proteção contra penetração de objetos sólidos. Já o segundo dígito (Y), refere-se à proteção contra a penetração de água. Exemplo: Um equipamento com proteção IP-54 significa que é protegido contra poeira e contato, como também contra penetração de água projetada de qualquer direção.

35 Figura 21: Grau de Proteção 1 Dígito Figura 22: Grau de Proteção 2 Dígito

36 5.3: CERTIFICADO DE CONFORMIDADE DOS EQUIPAMENTOS Para que um equipamento elétrico possa ser instalado em área classificada, é necessário que seja atestado que o produto foi fabricado segundo requisitos construtivos determinados em normas ou especificações técnicas aplicáveis. Essa garantia é obtida a partir da emissão do certificado de conformidade. Obs: A manutenção mal executada de um equipamento elétrico compromete a validade da certificação de conformidade. No Brasil, este certificado é emitido por um Organismo de Certificação de Produto (OCP), sendo este uma entidade pública, privada ou mista, de terceira parte e acreditada pelo Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial (INMETRO). A Portaria n.º 83/2006, do INMETRO, mantém a obrigatoriedade da certificação para todos os equipamentos elétricos, eletrônicos, associados, acessórios e componentes que serão utilizados em atmosferas potencialmente explosivas. Figura 23: Organismos de Certificação: Site: www.conatex.com.br Todos os equipamentos certificados devem possuir identificação mínima exigida por portarias. O Instru-Ex (Instruções gerais para instalações em atmosferas explosivas), apresenta o modelo com os principais itens de marcação de equipamentos Ex de origem brasileira, conforme ilustração a seguir:

37 Figura 24: Marcação Ex Conforme RAC (Regulamento de Avaliação de Conformidade) Figura 25: Itens de Marcação de Equipamentos Ex

38 Atenção: Equipamentos Ex certificados para uso em zona 1, como, por exemplo, os do tipo à prova de explosão (Ex d), podem ser utilizados em zona 2. Porém, o contrário não é válido, ou seja, equipamentos certificados para zona 2, como os do tipo não acendível (Ex n), não podem ser utilizados em zona 1, pois são de concepção mais simples (requisitos construtivos menos rigorosos que os adotados para zona 1 ).

39 CAPÍTULO 6: A INFLUÊNCIA DA VENTILAÇÃO EM ÁREAS CLASSIFICADAS A ventilação influencia de forma considerável a classificação de áreas. Áreas com pouca ventilação tendem a possuir um critério mais rigoroso de classificação. Portanto, os critérios de ventilação adotados nos projetos deverão ser atendidos durante a vida útil da instalação, pois toda instalação elétrica nesses locais estará adequada a esses critérios. Ambiente com ventilação natural - Ambiente que não possui nenhum obstáculo ao movimento do ar. Ambiente com ventilação artificial - Ambiente (sala, prédio ou invólucro) que possui sistema artificial de insuflamento de ar, de modo a evitar a formação de mistura explosiva. Área confinada - Entende-se o espaço tridimensional (sala, prédio), fechado por mais do que 2/3 da área superficial projetada no plano e de tamanho suficiente para permitir a entrada de pessoas. Para um prédio típico, isto requer a existência de mais do que 2/3 de paredes, teto e/ou piso. Os ambientes fechados (áreas confinadas), que são considerados como áreas classificadas para a instalação de equipamentos elétricos, devem ser ventilados adequadamente, pois a falta desta ventilação altera a classificação de área, podendo levar à ocorrência de uma explosão. Exemplo: O hood (invólucro) de turbogeradores possui uma taxa de ventilação excessiva, justamente por causa da área classificada, e em caso de perda desta ventilação o gerador é desligado. As áreas classificadas confinadas que possuem ventilação mecânica e promovem pressão menor que a pressão atmosférica (chamada de pressão negativa) em relação à área classificada de menor risco, devem ser mantidas desta forma, pois a falta deste diferencial de pressão poderá contaminar o ambiente adjacente, podendo também levar à ocorrência de explosão. Geralmente, é o caso da sala de baterias (área classificada) com os ambientes adjacentes (áreas não classificadas). As salas de baterias são projetadas com redundância no sistema de ventilação e, na falha de um deles, o outro é acionado automaticamente. Além disso, caso a concentração de hidrogênio na sala ultrapasse determinado nível, o sensor de gás dispara

40 automaticamente o ventilador reserva, além de alarmar. Fica claro, assim, que uma boa dispersão do ar interno nesse ambiente faz com que a concentração fique abaixo do Limite Inferior de Inflamabilidade (LII), ou seja, uma mistura pobre, que não pega fogo. Os ambientes não são considerados áreas classificadas e que, por necessidade, precisam estar dentro ou adjacente a áreas classificadas, são projetados com uma ventilação que causa uma pressão positiva em relação a essas áreas classificadas. Figura 26: Equipamentos não Classificados em Áreas Classificadas Zona 2 Se for necessário instalar dentro de uma área classificada como zona 1, é necessário utilizar outro recurso além da pressurização positiva: antecâmara (air-lock). A ilustração a seguir exemplifica esta situação. Figura 27: Equipamentos não Classificados em Áreas Classificadas Zona 1 Alguns locais abertos, como no caso do convés principal de plataformas do tipo FPSO (Floating, Production, Storage and Offloading), são considerados áreas classificadas com um critério mais rigoroso, mesmo estando ao ar livre e com ventilação natural. Nesse caso, o confinamento do local gerado pelas estruturas e módulos é tamanho, que impede a boa circulação de ar.

41 CAPÍTULO 7: PLANO DE CLASSIFICAÇÃO DE ÁREAS O plano de classificação de áreas é utilizado para o conhecimento detalhado da área classificada de uma unidade industrial. Conjunto de documentos que fornecem as informações sobre as áreas classificadas da unidade industrial. Compõe-se das plantas de classificação de áreas, das listas de dados de substâncias inflamáveis, das listas de dados das fontes de risco e, no caso de recintos fechados, das informações relativas ao projeto de ventilação e ar condicionado, que influenciam a classificação e extensão das áreas classificadas. A ilustração a seguir apresenta parte de um plano geral de classificação de áreas. Figura 28: Plano de Classificação de Áreas

42 Figura 29: Plano de Classificação de Áreas Essas plantas trazem, ainda, as seguintes informações: Indicação da direção de vento predominante; Identificação do grupo ao qual pertencem as substâncias inflamáveis presentes; Identificação da classe de temperatura para os equipamentos Ex, para cada região. Dessa forma, esse documento é de extrema importância no processo de instalação de qualquer equipamento elétrico na unidade, evitando erros como no caso da utilização de um equipamento elétrico adequado para zona 2 em zona 1, ou até mesmo um equipamento adequado para uso em uma atmosfera de hidrocarbonetos sendo utilizado em uma sala de baterias onde a atmosfera pode conter hidrogênio.

43 7.1: LISTAS DE DADOS PARA ÁREAS CLASSIFICADAS As listas de dados para áreas classificadas (substâncias inflamáveis e das fontes de risco) servem como insumo para a elaboração das plantas de áreas classificadas. Devem apresentar os dados dos equipamentos que contenham as fontes de risco, com seus parâmetros de processo, a localização, o material inflamável com sua classe de temperatura e grupo dos gases, o tipo de ventilação presente no ambiente, além de outras.

44 CAPÍTULO 8: ATERRAMENTOS O aterramento de uma instalação ou equipamento elétrico consiste em promover uma ligação intencional, permanente ou temporária, à terra, através da qual correntes elétricas podem fluir com segurança. Figura 30: Objetivos do Aterramento 8.1: TIPOS DE ATERRAMENTOS E SEUS PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO Os aterramentos podem ser divididos em três tipos: aterramento de segurança; aterramento funcional do sistema elétrico; aterramento de proteção contra descargas atmosféricas. 8.1.1: Aterramento de segurança O aterramento de segurança tem como propósito descarregar para a terra as cargas elétricas acumuladas pela energização acidental das carcaças metálicas das máquinas,

45 equipamentos, painéis, leitos de cabo, tubulações e outros dispositivos sujeitos ao acúmulo indevido destas cargas elétricas. De forma mais ampla, entende-se por aterramento de segurança: A conexão física com o potencial de terra (através de material condutor metálico) das partes metálicas que não trabalham energizadas. O aterramento das carcaças e das tubulações metálicas impede, caso estas superfícies estejam energizadas, que o fluxo de corrente percorra o corpo de pessoas que possam tocá-las. Tal efeito pode ser visualizado na figura a seguir. Figura 31: Fluxo de Corrente para Equipamento com e sem Aterramento Obs: O grande número de ocorrências de acidentes, muitas vezes fatais, envolvendo choque elétrico está diretamente ligado ao fato de o aterramento de segurança, apesar de obrigatório, ser pouco difundido em instalações elétricas residenciais no Brasil. O aterramento de segurança de um gerador elétrico permitirá, por exemplo, a drenagem segura para a terra, da energia residual naturalmente gerada naquele equipamento. Isso impedirá que a pessoa, ao tocar em sua carcaça durante uma leitura ou manobra, sofra um choque elétrico. Na foto a seguir podemos visualizar o detalhe do aterramento de um equipamento elétrico montado sobre skid metálico.

46 Figura 32: Barra de Aterramento Instalada em Skid 8.1.2: Aterramento funcional do sistema elétrico O aterramento funcional do sistema elétrico tem como função permitir o funcionamento confiável e eficiente dos dispositivos de proteção, através da sensibilização dos relés de proteção, quando existe uma circulação de corrente para a terra, provocada por anormalidades no sistema elétrico. Entende-se por aterramento funcional do sistema elétrico: As ligações do neutro com a terra, dos geradores, transformadores, motores ou qualquer equipamento elétrico. A principal finalidade do aterramento funcional do sistema elétrico é propiciar um caminho de circulação das correntes de desequilíbrio ou falta que aparecem quando existem anormalidades e/ou falhas no sistema elétrico com circulação de corrente para terra (por exemplo: curtos-circuitos fase-neutro), garantindo que os sensores de corrente (TCs transformadores de corrente) identifiquem esta circulação e sensibilizem os relés de proteção, que por sua vez atuarão nos disjuntores, desligando as partes do sistema elétrico envolvidas nesta ocorrência. O desligamento das partes do sistema elétrico envolvidas na ocorrência, através da abertura do (s) disjuntor (es), retira as condições de perigo a que os equipamentos, instalações e pessoas estavam sujeitas.

47 A falta deste aterramento, ou um aterramento deficiente, impossibilita ou limita a atuação dos dispositivos de proteção, podendo gerar sérias conseqüências ao sistema elétrico (descoordenação - perda de seletividade). O aterramento funcional do sistema elétrico determina a forma de conexão entre o neutro da instalação e a terra. De maneira prática, significa dizer se haverá ou não ligação intencional entre o neutro e a terra. O tipo de aterramento influencia diretamente o comportamento do sistema elétrico em uma situação de curto-circuito para a terra, em especial, o valor da corrente de curto. A escolha correta dos dispositivos de proteção contra faltas envolvendo a terra depende do tipo de aterramento escolhido. 8.1.3: Esquemas de ligação de aterramento funcional em baixa tensão Conforme a NBR-5410/2004 são considerados os esquemas de aterramento TN / TT / IT, cabendo as seguintes observações sobre as ilustrações e símbolos utilizados: Figura 33: Esquemas de Aterramento 8.1.4: Simbologia de classificação Primeira letra - situação da alimentação em relação à terra: T = 1 ponto diretamente aterrado. I = isolação de todas as partes vivas em relação à terra ou aterramento através de impedância Segunda letra situação das massas da instalação em relação à terra: T = massas diretamente aterradas, independentemente do aterramento eventual de um ponto da alimentação.

48 N = massas ligadas ao ponto da alimentação aterrado Outras letras disposição do neutro e do condutor de proteção: S = funções de neutro e de proteção asseguradas por condutores distintos C = funções de neutro e de proteção desempenhadas pelo mesmo condutor (PEN) 8.1.5: Sistema com neutro solidamente aterrado Neste tipo de sistema de aterramento funcional, o neutro da instalação (gerador ou transformador) é diretamente conectado à terra, sem nenhuma resistência intencional. A resistência de aterramento deve-se apenas à resistência das conexões, do cabo de ligação com a terra e da própria resistência de terra. Figura 34: Sistema com Neutro Solidamente Aterrado Se houver uma falta fase-terra, a corrente de falta dependerá da tensão fase-terra e da resistência de aterramento, que em geral é baixa. Em conseqüência, essa corrente de falta normalmente atinge valores elevados, devendo ser rapidamente interrompida pelos dispositivos de proteção do circuito (relés e disjuntores). Embora seja o tipo de aterramento mais usado nas instalações elétricas em geral (industriais e residenciais), é o menos usado nas unidades marítimas. A principal vantagem desse tipo de aterramento é que os valores elevados da corrente de curto-circuito fase-terra, normalmente são suficientes para sensibilizar os dispositivos de proteção

49 por sobrecorrente (relés e disjuntores). Por outro lado, essas correntes provocam um arco elétrico de alta energia, trazendo riscos para os operadores e para a instalação. De acordo com a literatura técnica, cerca de 85% das faltas em sistemas elétricos são faltas fase-terra. Portanto, limitar o valor dessas correntes de falta reduz significativamente o risco de acidentes por arco elétrico, o que em uma área classificada é extremamente importante. Apresentaremos a seguir alguns esquemas de aterramento funcional com condutor neutro aterrado. 8.1.6: Esquemas de Aterramento Esquema TN-S O condutor neutro e o condutor de proteção são separados ao longo de toda a instalação. Figura 35: Esquema TN-S Esquema TN-C-S As funções de neutro e de condutor de proteção são combinadas em um único condutor em uma parte da instalação.

50 Figura 36: Esquema TN-C-S Esquema TN-C As funções de neutro e de condutor de proteção são combinadas em um único condutor ao longo de toda a instalação. Figura 37: Esquema TN-C Esquema TT Possui um ponto de alimentação diretamente aterrado, estando as massas da instalação ligadas a hastes de aterramento eletricamente distintos da haste de aterramento da alimentação.

51 Figura 38: Esquema TT 8.1.7: Sistema com neutro aterrado por resistência Nesse tipo de sistema o neutro da instalação é conectado à terra através de uma resistência, que pode ser de alto ou baixo valor. A finalidade dessa resistência é limitar o valor da corrente de curto-circuito envolvendo a terra. Figura 39: Esquema com Neutro Aterrado por Resistência Nos sistemas aterrados por baixa resistência, o valor da resistência é normalmente calculado para limitar a corrente de curto envolvendo a terra a valores entre 100A e 400A. Esses valores ainda são elevados, ou seja, o sistema não pode operar continuamente com uma fase para a terra, devendo ser rapidamente interrompido em caso de falta.

52 Sistema com neutro aterrado por alta resistência vem sendo adotado mais recentemente, com correntes de defeito à terra de até 5 Amperes em baixa tensão, e de até 10 a 20 Amperes, em média tensão, tipicamente. Figura 40: Cubículo de Aterramento - Grupo de Resistores 8.1.8: Sistema isolado Nesse tipo de sistema de aterramento funcional, não existe conexão intencional entre as partes vivas do sistema e a terra, estando aterradas as massas da instalação. Figura 41: Sistema com Neutro Isolado

53 Figura 42: Secundário de Sistemas Isolados A princípio, pode-se ficar tentado a imaginar que se houver uma falta fase-terra não haverá caminho de retorno para a corrente de falta. Porém, existe um acoplamento capacitivo entre os cabos de fase e a terra, proporcionando tal caminho. Assim, no caso de uma falta faseterra, a corrente retornará através das capacitâncias das outras duas fases. Figura 43: Retorno da corrente de falta em um sistema isolado A corrente de retorno depende da capacitância do circuito, principalmente da quantidade e características dos cabos de distribuição. Esse tipo de aterramento é utilizado, por força de norma, nos navios-tanque e FPSOs (Floating, Production, Storage and Offloading Unit) para evitar o retorno de correntes de fuga pelo casco, nos circuitos de baixa tensão de unidades marítimas, tal corrente é normalmente menor que 1A.

54 Assim como no sistema aterrado por alta resistência, é possível continuar operando com uma primeira falta à terra, mas é mandatório que essa falta seja prontamente localizada e eliminada. 8.1.9: Vantagens dos Sistemas Isolados ou Aterrados por Alta Resistência Segurança Pessoal: o sistema isolado oferece maior segurança aos mantenedores, porquanto, na ocorrência de curto fase-terra acidental, durante testes/manutenção em gavetas e painéis, não ocorre abertura de violentos arcos/explosões que poderiam ocorrer em sistemas solidamente aterrados e que poderiam ocasionar graves queimaduras. Observar que, mesmo num sistema isolado de terra, as capacitâncias distribuídas pelos componentes do sistema fazem do casco (para plataformas) um neutro virtual - tal corrente é suficiente para eletrocutar pessoas, em caso de choque. Continuidade Operacional: assim, em sistema de baixa tensão com neutro isolado ou isolado por alta resistência, quando uma fase apresentar curto-circuito para a terra não circula corrente elevada, portanto, não atua nenhum disjuntor ou fusível desligando o circuito. O sistema continua operacional, não ocorrendo o desligamento do circuito defeituoso o que poderia resultar em parada e perda de produção. Ocorre que, quando surge este primeiro defeito, as outras duas fases sadias tem a sua tensão fase-terra aumentada (multiplicada por 3 = 1,73), porque o neutro virtual do sistema desloca-se para a outra fase defeituosa. Assim, as outras duas fases tem maior suscetibilidade de sofrer um outro curto-circuito para a terra, com sobretensões maiores se a falha for intermitente interagindo com as capacitâncias distribuídas no sistema. A falha de uma segunda fase para a terra, fecha um curto-circuito bifásico. O sistema pode suportar um primeiro defeito, durante horas, dias, semanas, etc, porém o isolamento de cabos e enrolamentos de máquinas sofre um stress maior durante esse período, podendo encurtar sua vida útil, além daquela maior chance de curto-circuito bifásico, daí a necessidade de se localizar e eliminar o defeito rapidamente.

55 Potencial de ignição: essas correntes de defeito em sistemas isolados por alta resistência, ou correntes de carga capacitiva em sistemas isolados, ainda que de baixo valor, são suficientes para provocar centelhas com potencial de ignição em atmosferas explosivas, especialmente se houver falha à terra intermitente. Com correntes de defeito dessa magnitude, o risco de centelhamento por mau contato no ponto de aterramento é bastante reduzido, porém não eliminado, daí a importância de realizar um bom aterramento, em áreas classificadas. Na publicação IEC 60079-11 [11E], a energia para ignição de uma mistura de Classe IIA, pode ocorrer com centelha obtida a partir de uma corrente tão baixa quanto 0,8 Amperes, com tensão de 24 Vcc, em um circuito com resistor (pág. 117 ou corrente de descarga capacitiva de capacitor de 0,25 µf (micro-farad) com tensão aplicada de 100 Volts DC, pág. 121). especifica: Para o caso de navios e plataformas o SOLAS-97 (SAFE OF LIFE AT SEA), Cap. II-1 3.1 Sistema de distribuição com retorno pelo casco não deve ser usado para qualquer finalidade em petroleiro, seja para força, aquecimento ou iluminação em qualquer navio. 3.2 O requisito do parágrafo 3.1 não impede, sob condições aprovadas pela Classificadora, o uso de sistema limitado e aterrado localmente: 1. Nos sistemas de proteção catódica por corrente impressa; 2. Nos sistemas aterrados localmente e limitados a uma região, ou 3. Nos dispositivos de monitoração do nível de isolamento, desde que a corrente de circulação não exceda a 30 ma sob a condição mais desfavorável. Para navios construídos após 01.out.94, o requisito do parágrafo 3.1 não impede o uso de sistema limitado e aterrado localmente, desde que qualquer corrente resultante não percorra diretamente em qualquer espaço perigoso (área classificada). Sistema de distribuição aterrado não deve ser usado em petroleiro. A Classificadora (Administração) pode excepcionalmente permitir o aterramento do neutro para sistemas de potência com tensão de 3.000 V (fase-fase) ou acima, desde que qualquer corrente resultante não percorra qualquer espaço perigoso. (Publicação IEC 60079-11 [11E])

56 8.2: DETECTORES DE FALTA PARA TERRA NOS SISTEMAS ISOLADOS EM PLATAFORMAS DE PETRÓLEO Qualquer defeito fase-terra deve ser rapidamente investigado e eliminado, para evitar sua evolução para um curto-circuito bifásico, com altíssimas correntes, que pode ocorrer em qualquer circuito, podendo abrir arcos em qualquer local da plataforma. Em geral dispositivos detectores de falta à terra devem ser instalados em todos os quadros de distribuição geral (600/480/220/110 Volts AC), normalmente exigidos pelas Classificadoras: Um sistema de detecção de falta para terra no quadro elétrico deve ser fornecido para cada sistema de distribuição e de potência elétrica que seja isolado da fonte principal de potência, por meio de transformadores ou outros dispositivos. Para sistemas aterrados por alta impedância alarmes visual e sonoro devem ser fornecidos em locais normalmente guarnecidos. Em circuitos de baixa tensão, trifásicos, são utilizados detectores que monitoram a isolação, gerando um alarme no painel local, indicando a carga que apresenta defeito e um alarme na sala de controle central, o sistema funciona com TC s toroidais que são instalados por fase nas cargas indicando em um monitor local. Outro dispositivo comum é um relé detector de terra que monitora a tensão no resistor de aterramento, que tem tensão elevada quando circula corrente de defeito de uma fase à terra. Obs.: Em média tensão, são previstos relés de proteção que atuam desligando e isolando o circuito defeituoso rapidamente. 8.3: DETECÇÃO E ALARME DE FALTA À TERRA Para ambos os sistemas (neutro isolado ou aterrado por alta resistência) não deve haver desligamento das cargas conectadas, exceto para os motores instalados em áreas classificadas, zona 1, alimentados diretamente a partir de CDC s normal ou CCM normal de BT, que devem ter desligamento seletivo automático quando de falta à terra. Nos demais casos, deve ser garantida uma rápida e eficiente detecção e alarme, o mais discriminativo possível quanto ao alimentador/ccm defeituoso com sinalização de faltas à terra.

57 O alarme deve incluir todos os CDC s, CCM s e Quadros de Distribuição conectados à geração principal, auxiliar e emergência, UPS e respectivos Quadros de Distribuição, Retificadores e respectivos Quadros de Distribuição. 8.4: ATERRAMENTO DE SISTEMA ELÉTRICO EM PLATAFORMAS DE PETRÓLEO E NAVIO 8.4.1: Aterramento de Sistema Elétrico em Baixa Tensão O sistema com neutro isolado deve ser utilizado preferencialmente em FPSO s e FSO s visando evitar circulação de corrente pelo casco, durante faltas à terra, na região dos tanques de petróleo (Exigência das Sociedades Classificadoras). O aterramento por alta resistência deve ser utilizado preferencialmente nas demais Unidades Marítimas de Produção, que não armazenem Petróleo. 8.4.2: Aterramento de Sistema Elétrico em Média Tensão. Para Unidades Marítimas de Produção que armazenem petróleo como FPSOs e FSOs, deve ser utilizado preferencialmente o aterramento por alta resistência, restrito à áreas não classificadas. Dessa forma, o aterramento da geração e as eventuais cargas em média tensão devem estar fisicamente localizados fora de qualquer área classificada, de modo a assegurar que não haverá retorno de corrente pelo casco em zonas perigosas. Essa exigência só poderá ser modificada com autorização explícita da Sociedade Classificadora. Alternativamente para os FPSOs e FSOs poderá ser utilizado o sistema com neutro isolado. O aterramento por alta resistência deve ser utilizado preferencialmente nas demais Unidades Marítimas de Produção, que não armazenem Petróleo. Para ambos os sistemas, neutro isolado ou aterrado por alta resistência, deve ser garantido um desligamento seletivo instantâneo no caso de qualquer falha à terra, bem como um eficiente sistema de localização e sinalização do circuito com defeito.

58 8.4.3: Aterramento de Sistema de Corrente Contínua e UPS A tensão de saída AC das UPS e Retificadores (positivo e negativo) deve ser isolada da terra, com sistema de detecção e alarme de falta à terra, em cada semi-barra, que deve ser sinalizada na sala de controle; Deve haver meios e facilidades que permitam detecção manual para rápido isolamento do defeito. Os circuitos de bateria, de carregadores de bateria e painéis de distribuição de corrente contínua, devem ser isolados de terra, ou seja, nem o terminal positivo, nem o terminal negativo poderão ser aterrados ou ligados à estrutura metálica da plataforma. Usualmente, os retificadores de maior porte, têm um circuito de alarme visual/sonoro de falha à terra, identificando qual pólo (positivo ou negativo) que apresente defeito para a terra. O circuito defeituoso deve ser identificado e rapidamente eliminado o defeito, para evitar o progresso para curto-circuito direto entre os dois pólos. Exceções: Exceção é feita para o circuito de proteção catódica de corrente impressa, onde é necessário a ligação, ou aterramento do negativo do retificador ao casco a ser protegido; o positivo do retificador é ligado aos anodos. Sistemas de partida (motor de arranque) de motores diesel, também não devem ser aterrados; porém, alguns fabricantes adotam conjuntos de partida com o polo negativo acoplados mecanicamente à carcaça metálica do motor de arranque; aterramento localizado que é aceitável segundo as Classificadoras. Sistema de Telecom (rádio enlace, multiplex, central telefônica, etc.), com aterramento do pólo positivo do retificador/bateria e sensor de fuga à terra no pólo negativo. 8.4.4: Eletricidade Estática A eletricidade estática constitui um risco de incêndio e explosão durante o manuseio de petróleo (óleo cru e derivados líquidos). Algumas operações podem dar lugar à acumulação de cargas elétricas, as quais podem ser repentinamente liberadas em descargas

59 eletrostáticas, com energia suficiente para inflamar uma mistura inflamável de gás de hidrocarbonetos com ar. 8.4.5: Contato metálico para Descarga de Eletricidade Estática Estruturas metálicas diversas, vasos, tanques e skids de equipamentos não elétricos, diretamente soldados à estrutura de unidade marítima, não necessitam de condutor de aterramento. Onde as cordoalhas de aterramento forem utilizadas, elas deverão ser claramente visíveis, protegidas contra danos mecânicos e do tipo que não seja afetada por produtos corrosivos e pintura, tanto quanto possível. Figura 44: Descarga de Eletricidade Estática (Medidas Preventivas)

60 Figura 45: Solda + parafusos de fixação dos Flanges asseguram contato metálico. 8.4.6: Aterramento de Blindagem e Armadura Metálica de Cabos Cabos em Áreas Classificadas devem ser do tipo armado. Onde estes cabos passam através das fronteiras de tais locais, eles devem ser instalados com dispositivos do tipo estanque a gás. Nenhuma emenda é permitida em Área Classificada, exceto para circuitos intrinsecamente seguros. Todas as terminações de cabos armados com blindagem, armadura ou trança metálica, em área classificada, deve ter essa armadura/trança efetivamente aterrada. Essa armadura, blindagem ou trança deve ser aterrada em ambas as extremidades do cabo, exceto nos ramais de alimentação de carga terminados em áreas não-classificadas, onde poderá ser aterrada na extremidade de suprimento de energia. Blindagem de cabo de circuitos intrinsecamente seguros também deve ser efetuada em um único ponto. Vide fig. 46 mostrando o método de aterramento de circuitos Intrinsecamente Seguros. A continuidade elétrica da armadura em toda a extensão do cabo, particularmente nas conexões e derivações, deve ser assegurada.

61 Quando do emprego de equipamentos com invólucros de alumínio, do tipo à prova de explosão (Ex-d), utiliza-se prensa-cabo à prova de explosão, com anéis cônicos para aterrar a armadura metálica do cabo. Vide fig. 4.7 abaixo. Figura 46: Aterramento de armadura metálica de cabo armado, em caixa metálica à prova de explosão ( Ex-d ), através de prensa-cabo Ex-d, com anéis de trava/aterramento. Figura 47: Método de aterramento de Circuito Intrinsecamente Seguro, separado da malha de Aterramento de proteção.

62 8.4.7: Equipamentos Móveis que transitam em Áreas Classificadas Para equipamentos montados sobre estruturas não metálicas ou equipamentos móveis ou deslizantes sobre trilhos, como por exemplo, pórtico-rolante, deverão ter cabo de aterramento dedicado, que acompanhe os movimentos do equipamento, instalado em paralelo ao cabo de energia ou ter o quarto condutor adicional que siga dentro do mesmo cabo de alimentação ou ter cabo com capa com armadura metálica, ligando o equipamento ao casco. 8.4.8: Equipamentos Transportáveis, Máquinas de Solda Containers e respectivos painéis/equipamentos internos devem ser efetivamente aterrados Ferramentas Manuais Portáteis devem ser efetivamente aterrados através dos cabos de alimentação. Máquinas de solda devem ser aterradas conforme figura a seguuir:] Figura 48: Aterramento de Máquina de Solda em FPSO e FSO

63 8.5: EQUIPAMENTOS INSTALADOS EM ÁREAS CLASSIFICADAS Nas instalações em áreas classificadas devem ser instalados equipamentos que atendam aos requisitos de segurança destas áreas conforme as normas estabelecidas e no caso de plataformas atendam as exigências da Sociedade Classificadora. Exemplos de Equipamentos: Gerador elétrico deve ser de excitação tipo brushless (sem escovas); Motores instalados em áreas classificadas devem atender os requisitos da área a que está instalado. Os transformadores instalados nas plataformas são do tipo seco. 8.6: MANUTENÇÃO DE EQUIPAMENTOS INSTALADOS EM ÁREAS CLASSIFICADAS A manutenção efetuada nos equipamentos instalados nesta área deve ser efetuada por profissionais habilitados e que tenham conhecimento sobre os equipamentos. Uma manutenção efetuada de forma indevida colocará em risco as pessoas envolvidas na operação, manutenção e as instalações. Não deve ser efetuadas alterações nestes equipamentos, o torque de aperto dos parafusos deve ser efetuado de acordo com o manual do fabricante de forma que o interstício (folga) entre as tampas seja mantido, os parafusos devem ser colocados adequadamente, não podendo ocorrer falta dos mesmos. A adulteração dos equipamentos fará com que os mesmos percam o certificado de aprovação. Luminárias portáteis utilizadas em áreas classificadas devem ser inspecionadas e classificadas de acordo com a zona, os cabos não devem ter emendas e seu isolamento deve estar íntegro.

64 O sistema de aterramento dos equipamentos deve estar íntegro, não deve haver camada de tinta ou outra substância que impeça ou crie uma resistência de contato, os cabos de equipotencialização das estruturas metálicas e tubulações devem ser instalados após intervenção, na ocorrência de alarme de baixa isolação nos sistemas isolados, a falha deve ser investigada e isolada no tempo mais curto possível. Figura 49: Manutenção de Equipamentos.