Instalação de Sistemas de Proteção contra Descargas ... a 92.pdf · 86 SPDA em áreas...

5
86 SPDA em áreas classificadas Em Pauta II 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 basea- da na norma técnica NBR5419-2005 [1], “Proteção de Estruturas contra Descargas Atmosféricas”. Ela trata dos riscos de explosão, nos itens: 5.2.1.1.1(Equa- lização de potencial), 6.3.2 (Periodicidade das inspeções), A.2.4.2 (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 profissio- nais 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, In- ternacional Electrotechnical Commission), pela norma IEC 62305- 2010:1/2/3/4, Protection Against Lightning [2], [3], [4], [5]. Atualmente, a norma NBR5419-2005 está em revisão com base na norma IEC 62305-2010. A tendência da comissão de estudos que revisa a norma é a mudança da atual NBR5419-2005, 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 de- talhamento das medidas necessárias para a proteção em geral e ao gerenciamento de risco em particular. A norma IEC 62305- 2/2010, 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 IEC60079-10-1[6] e IEC60079-10-2 [7], e permite avaliar a real dimensão dos riscos envolvidos na atua- ção de um SPDA em uma área sujeita a explosões. No Brasil, as normas acima fazem parte da série de normas NBR IEC 60079 [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 5419-2005 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 me- nores possíveis. O item B.1.1 da norma NBR5419-2005 é claro ao afirmar: “Estru- turas especiais com riscos inerentes de explosão, como aquelas

Transcript of Instalação de Sistemas de Proteção contra Descargas ... a 92.pdf · 86 SPDA em áreas...

86SPDA em áreas classificadas

Em Pauta II

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

Por Sergio Roberto Santos e André Pinheiro

IntroduçãoUm 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 técnIcasNo Brasil, a proteção contra descargas atmosféricas é basea-

da na norma técnica NBR5419-2005 [1], “Proteção de Estruturas contra Descargas Atmosféricas”.

Ela trata dos riscos de explosão, nos itens: 5.2.1.1.1(Equa-lização de potencial), 6.3.2 (Periodicidade das inspeções), A.2.4.2 (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 profissio-nais 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, In-ternacional Electrotechnical Commission), pela norma IEC 62305-2010:1/2/3/4, Protection Against Lightning [2], [3], [4], [5].

Atualmente, a norma NBR5419-2005 está em revisão com base na norma IEC 62305-2010. A tendência da comissão de estudos que revisa a norma é a mudança da atual NBR5419-2005, 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 de-talhamento das medidas necessárias para a proteção em geral e ao gerenciamento de risco em particular.

A norma IEC 62305- 2/2010, 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 IEC60079-10-1[6] e IEC60079-10-2 [7], e permite avaliar a real dimensão dos riscos envolvidos na atua-ção de um SPDA em uma área sujeita a explosões. No Brasil, as normas acima fazem parte da série de normas NBR IEC 60079 [8].

nível de proteçãoA primeira etapa no projeto de um SPDA é determinar se a

estrutura realmente necessita dele. Caso a utilização do anexo B da norma 5419-2005 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 me-nores possíveis.

O item B.1.1 da norma NBR5419-2005 é claro ao afirmar: “Estru-turas especiais com riscos inerentes de explosão, como aquelas

87

Caderno de Eletricidade

contendo gases ou líquidos inflamáveis (Figura 1), requerem, geralmente, o mais alto nível de proteção contra descargas at-mosféricas.”

“Prescrições complementares para esse tipo de estrutura são dadas no anexo A”.

atmosferas explosIvasUma 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 qualifi-cados, 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, confi-namento das explosões e limitação da liberação de energia.

classIfIcação de áreasAs 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 inflamá-

vel/explosiva é pouco provável durante o funcionamento dos equipamentos e se acontecer será por curtos períodos, estando associado a uma operação anormal.

classes de temperaturaPara equipamentos elétricos, a temperatura máxima de super-

fície não deve exceder:• 150°C sobre qualquer superfície onde possa haver uma ca-

mada 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 tempe-

ratura de superfície que uma parte do equipamento pode atingir em operação normal ou de sobrecarga prevista, considerando a tempe-ratura 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 relaciona-da 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 NBR5419-2005 para desenvolver seu projeto.

Figura 1. Exemplo de uma edificação com risco inerente de explosão.

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.

88

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 evi-tar 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 segurançaUma 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 NBR5419-2005, 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 5.2.1.1.2 da NBR5419-2005, a equalização de potencial pode ser obtida através de condutores de equipo-tencialização, 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 edi-ficação ao SPDA para evitar centelhamentos perigosos, deve-se garantir que eles estejam separados por uma distância mínima, chamada distância de segurança (d) (NBR5419-2005 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 5.2.2 da norma e é em função do nível de proteção es-colhido, 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 profIssIonalO projeto, instalação e manutenção de um SPDA em uma área

classificada somente devem ser feitos por um profissional simulta-

Figura 2. Ligação equipotencial através de barra de equipotencialização e centelhadores encapsulados Ex.

SPDA em áreas classificadas

Em Pauta II

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 SPDA em áreas classificadas 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 profissio-nais 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.

documentaçãoO 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 en-volvidos. 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 62305-3, Apêndice D.3.2 “Required Information”).

Este procedimento oferece aos projetistas e instaladores a segurança necessária para que em áreas críticas, somente pro-cedimentos e componentes certificados sejam utilizados.

Inspeção e manutençãoO capítulo 7 da IEC 62305-3, assim como o apêndice E7 “Main-

tenance 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 62305-3 “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 pro-cesso 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 inspecio-nado, 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 edi-ficação, o que não elimina as inspeções periódicas realizadas

SPDA em áreas classificadas

Em Pauta II

92

por profissionais especializados que provavelmente deverão ser contratados para este fim.

De acordo com a IEC 62305-3 Appendix E 7.1. Table E.2, “Sis-temas de Proteção contra Descargas Atmosféricas utilizados em aplicações envolvendo estruturas com um risco de explosão devem ser inspecionados visualmente a cada seis meses. En-saios elétricos da instalação devem ser realizados anualmente.”

conclusãoA 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 5419-2005, Proteção de estruturas contra des-

cargas 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: Protec-

tion of structural facilities and persons.[5] IEC62305: 2010, Protection against lightning Part 4: Elec-

trical and eletronic systems within structures.[6] IEC 60079-10-1: 2008-12, Explosive atmospheres: Classifi-

cation of areas - Explosive gas atmospheres.[7] IEC 60079-10-2: 2009-04, Explosive atmospheres: Clas-

sification of areas - Combustible dust atmospheres TRBS2152 Hazardous, potentially explosive atmosphere Part 1: Evaluation of explosion risk.

[8] Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) http://www.abntcatalogo.com.br/.

[9] Alves, L. M.; Bulgarelli, R., Requisitos sobre competências pessoais para atividades com equipamantos e instalações em áreas classificadas contendo atmosferas explosivas. Revista Lu-mière. Novembro de 2012.

[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 62305-3:2010-12. In: XII SIPDA: XII International Symposium on Lightning Protection:, 2013, Belo Horizonte. Proceedings XII SIPDA. São Paulo: IEE/USP, 2013. p. 397-400.

>> Sergio Roberto Santos participa da comissão CE-03:64.10 que revisa a

norma NBR 5419-2005 e é gerente de vendas da OBO Bettermann do Brasil;

>> André Pinheiro participa das comissões CE-03:031.01 sobre classificação de

áreas, CE-03:064.01 sobre sistemas fotovoltaicos e 03:061.12 sobre segurança

em eletricidade e é especialista em dispositivos de proteção contra surtos da

OBO Bettermann do Brasil.

SPDA em áreas classificadas

Em Pauta II