Proteção de equipamentos por segurança aumentada – Tipo de proteção Ex “e” – Parte 1

jan, 2019

O tipo de proteção de equipamentos para instalação em atmosferas explosivas por segurança aumentada (tipo de proteção Ex “e”) foi desenvolvido durante a década de 1940 na Alemanha, sendo inicialmente normalizado na Norma alemã VDE 0170 – Parte 6, posteriormente na Norma Europeia CENELEC EN 50019 em 1977 e, no presente momento, definida na Norma Técnica Brasileira adota ABNT NBR IEC 60079-7.

Em 1906 já havia sido publicado, pelo diretor do Laboratório de pesquisa para minas de carvão BVS (Bergbau Versuchsstrecke – Mining Test Facility) da Alemanha, o resultado de um estudo investigativo que fundamentalmente descrevia os princípios de proteção de invólucro à prova de explosão e outras técnicas de proteção de equipamentos para instalação em atmosferas explosivas, tais como imersão em óleo e a segurança aumentada.

No final da década de 1940, após a segunda Guerra mundial, o Instituto de Física da Alemanha – PTB – Physikalisch-Technische Bundesanstalt realizou uma pesquisa completa para a implantação de desenvolvimentos adicionais para este conceito de proteção de equipamentos “Ex”, os quais já haviam sido incluídos na primeira edição da Norma alemã VDE 0170-6 sobre o tipo de proteção segurança aumentada (erhöhte sicherheit).

Estas pesquisas determinaram as medidas necessárias para se evitar o risco da ocorrência de faíscas ou temperaturas superficiais excessivas de equipamentos elétricos destinados à instalação em atmosferas explosivas contendo gases inflamáveis, por meio da utilização de dispositivos especiais de terminais para a fixação de cabos, maiores distâncias de isolação e de escoamento, alta qualidade de materiais isolantes, bem como de sistemas de limitação e de monitoração de temperatura. A maior ênfase nestas pesquisas do PTB sobre a segurança aumentada foi dada aos motores elétricos. Participaram destes estudos e pesquisas, juntamente com o PTB, alguns tradicionais fabricantes de motores elétricos, tais como Siemens, AEG e Loher.

Um dos principais objetivos do desenvolvimento deste conceito de proteção era o de evitar a necessidade de utilização dos invólucros metálicos à prova de explosão, os quais são comparativamente mais pesados, mais caros e que apresentam maiores dificuldades de execução dos serviços de instalação, montagem, inspeção e reparos. Isto significa que o objetivo era desenvolver equipamentos “Ex” que pudessem ser considerados mais seguros, levando em consideração a redução da possibilidade de ocorrências de falhas de montagem, devido à introdução de falhas humanas.

Os resultados das pesquisas realizadas pelo PTB permaneceram por algumas décadas como sendo uma técnica de proteção “Ex” particularmente utilizada pela Alemanha e, posteriormente, nos demais países Europeus. A letra inicial “e”, proveniente do termo em alemão “segurança aumentada” (erhöhte sicherheit), se tornou o símbolo internacional do tipo de proteção Ex “e”, o qual foi reconhecido com a publicação da primeira edição da Norma IEC 79-7, elaborada pelo TC-31 da IEC em 1969.

Do ponto de vista construtivo, um equipamento com tipo de proteção Ex “e” não pode ser imediatamente distinguido de um equipamento industrial comum, projetado para instalação em áreas classificadas do tipo Zona 2. Por este motivo, um grande desafio, quando do lançamento deste tipo de proteção “Ex”, foi convencer as autoridades e usuários dos diversos países da Europa e de outros continentes, de sua aplicação segura mesmo em áreas classificadas do tipo Zona 1, sob o ponto de vista de normalização no qual os fabricantes de equipamentos “Ex” da Alemanha e o PTB tinham estado ativamente envolvidos ao longo das décadas anteriores.

Os equipamentos com tipo de proteção Ex “eb” ou Ex “ec” são fabricados com medidas adicionais de proteção para reduzir, com um elevado grau de certeza, a possibilidade de ocorrência de temperaturas excessivas e de arcos e centelhas no interior ou no exterior destes equipamentos elétricos, as quais não ocorrem em operação normal.

A Norma ABNT NBR IEC 60079-7 – Atmosferas Explosivas – Parte 7: Proteção de equipamentos por segurança aumentada “e”, foi inicialmente publicada pela ABNT em 2008 (cancelando a ABNT NBR 9883/1995) e posteriormente atualizada em 2018, estabelecendo os requisitos normativos para o projeto, avaliação, fabricação e ensaios destes tipos de equipamentos “Ex”

O tipo de proteção Ex “e” pode ser considerado como sendo uma das técnicas mais efetivas, do ponto de vista econômico e de segurança, juntamente com os invólucros plásticos de componentes centelhantes à prova de explosão (proteção combinada Ex “de”) e a segurança intrínseca (Ex “i”).

Para dispositivos que utilizam este tipo de proteção, medidas adicionais de fabricação são levadas em consideração para evitar, com um elevado grau de segurança, a possibilidade de ocorrência de temperatura acima da temperatura limite e da ocorrência de centelhas e arcos no interior do equipamento e em partes expostas a atmosferas explosivas. Equipamentos nos quais arcos ou centelhas ou altas temperaturas possam ocorrer durante operação normal não podem ser fabricados somente com este tipo de proteção Ex “e”, uma vez que esta técnica de proteção se baseia no conceito da prevenção.

A técnica da segurança aumentada provê aos equipamentos um nível de proteção de equipamento (Equipment Protection Level) EPL Gb ou EPL Gc, o que os tornam seguros para instalação em áreas classificadas do tipo Zona 2 ou Zona 1. Desta forma, com o nível de proteção Gb, os equipamentos Ex “eb” podem ser instalados até mesmo em locais onde a presença de atmosferas explosivas possa ocorrer em condições normais de operação dos equipamentos de processo.

De acordo com este tipo de proteção, os requisitos de fabricação requerido devem ser tais que seja obtido um elevado nível de segurança durante operação normal. Em caso de ocorrência de eventuais situações previstas de sobrecarga, a fabricação deve atender a requisitos específicos sobre diversos tópicos, tais como conectores, fiação, componentes, distâncias de isolação no ar e distâncias medidas por sobre os materiais isolantes (distâncias de escoamento), impactos mecânicos, resistência à vibração, grau de proteção contra ingresso de água e poeira no interior dos invólucros. Para este tipo de proteção Ex “eb”, particular atenção necessita ser dada para as partes dos equipamentos elétricos que poderiam apresentar grandes alterações de temperatura, tais como os enrolamentos de um motor elétrico, em eventuais casos de travamento de seu rotor.

As medidas de projeto de fabricação fazem com que os equipamentos Ex “eb” não se tornem uma fonte de ignição, mesmo na eventual ocorrência de uma falha de operação. Este requisito é atingido principalmente pelas seguintes medidas de segurança:

  • evitar influências externas, por meio de invólucros com grau de proteção mínimo IP54 (Norma ABNT NBR IEC 60529 ou ABNT NBR IEC 60034-5), resistentes a impactos;
  • evitar a ocorrência de centelhas e arcos, por meio de distâncias aumentada de isolação e de escoamento, requisitos especiais para materiais isolantes (por exemplo, redução da temperatura) e por meio de requisitos especiais para os terminais para fixação de cabos (por exemplo, por proteção contra auto afrouxamento);
  • evitar temperaturas capazes de causar uma ignição, por meio do projeto de fabricação dos equipamentos, de forma que não ocorra nenhum aquecimento não permitido, mesmo em casos de sobrecarga, por meio de monitoração de temperatura dos enrolamentos e desligamento (trip) automático.

Todos os materiais de isolamento são sujeitos ao envelhecimento natural, o que faz com que sejam perdidas as características isolantes originais. De forma a prolongar o tempo de vida em serviço dos materiais isolantes dos enrolamentos, quando comparados com o tempo de vida das Normas para equipamentos industriais, o valor da temperatura limite considerada é reduzida. Esta medida de segurança reduz o risco de danos aos enrolamentos, diminuindo a probabilidade de eventuais ocorrências de correntes de fuga para a terra e de curtos-circuitos.

Dependendo de suas aplicações específicas, os terminais para conexões elétricas são subdivididos em terminais para conexões externas aos equipamentos Ex “eb” (conexões de campo) e terminais para conexões internas (conexões de fábrica para a fiação no interior dos equipamentos), bem como subdivididas em conexões permanentes ou desconectáveis. Cada tipo de terminal deve, sempre que aplicável, atender aos seguintes requisitos:

a) ser construído de forma que os condutores não possam deslizar para locais fora de suas posições destinadas durante as operações de aperto dos respectivos parafusos ou após a inserção do cabo;

b) prover meios para evitar um auto afrouxamento das conexões durante operação em serviço;

c) serem fabricados de forma que um contato seja assegurado sem a ocorrência de danos aos condutores que poderiam prejudicar a capacidade destes condutores de desempenhar suas funções, mesmo nos casos de utilização de condutores multi-encordoados, em terminais destinados a conexão de condutores singelos;

d) proporcionar uma força positiva de compressão para assegurar uma pressão de contato em serviço;

e) ser construído de forma que o contato proporcionado não possa ser prejudicado por alterações de temperatura que possam ocorrer em serviço;

f) não ser especificado para acomodar mais do que um condutor individual no ponto de conexão, a menos que tenha sido especificamente projetado e avaliado para operar desta forma;

g) se for destinado a fixação de condutores encordoados, empregar um meio que proteja os condutores e que assegure uma distribuição uniforme de pressão sobre o cabo.

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