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NBR 8222 Execuo de sistemas de preveno contra exploso e incndio, por evitar sobrepresses decorrentes de arcos eltricos internos em transformadores e reatores de potnciaMAI: 2005

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Origem: Projeto NBR 8222:2004 ABNT/CB-24 Comit Brasileiro de Segurana contra Incndio CE-24.301.04 Comisso de Estudo de Proteo contra Incndio em Instalaes de Gerao e Transmisso de Energia Eltrica NBR 8222:2005 Explosion prevention and fire extinguishing systems for transformers and reactors - Procedure Descriptors: Fire. Explosion. Transformers. Reactors. Safety. Fire protection Esta Norma cancela e substitui a NBR 8222:1983 Vlida a partir de XXXXXX Palavras-chave:Incndio. Exploso. Transformador. Reator. Proteo contra incndio. Sobrepresso. 5 pginas

Sumrio Prefcio Introduo 1 Objetivo 2 Referncias normativas 3 Definies, smbolos e abreviaturas 4 Requisitos gerais 5 Requisitos especficos 6 Ensaios Prefcio A ABNT Associao Brasileira de Normas Tcnicas o Frum Nacional de Normalizao. As Normas Brasileiras, cujo contedo de responsabilidade dos Comits Brasileiros (ABNT/CB) e dos Organismos de Normalizao Setorial (ABNT/ONS), so elaboradas por Comisses de Estudo (CE), formadas por representantes dos setores envolvidos, delas fazendo parte: produtores, consumidores e neutros (universidades, laboratrios e outros). Os Projetos de Norma Brasileira, elaborados no mbito dos ABNT/CB e ABNT/ONS, circulam para Consulta Nacional entre os associados da ABNT e demais interessados. Introduo Nos ltimos anos, o ABNT/CB-24 recebeu sugestes no sentido de atualizar o conjunto das NBR 13231:1994, NBR 8222:1983, NBR 12232:1992 e NBR 8674:1984, em particular no que diz respeito aos seguintes aspectos: a) adequar a formatao das normas para que possam ser percebidas como fazendo parte de um conjunto e no como documentos isolados; b) atualizar as informaes sobre todas as tecnologias disponveis; c) colaborar para a consolidao de normas de mbito internacional (IEC ou ISO) especfica sobre o assunto. Na leitura do conjunto, a NBR 13231 considerada a Norma principal, onde esto contemplados: a) b) os aspectos gerais e especficos da elaborao de projetos de implantao de instalaes; os aspectos gerais do projeto, instalao, manuteno e ensaios dos sistemas.

Nas NBR 8222, NBR 12232 e NBR 8674 esto contemplados os aspectos especficos de cada tipo de sistema.

21 Objetivo

NBR 8222:2005Esta Norma fixa os requisitos especficos mnimos exigveis para o projeto, instalao, manuteno e ensaios de sistemas fixos automticos de preveno contra exploses e incndios por evitar sobrepresses decorrentes de arcos eltricos internos em transformadores e reatores de potncia. Os requisitos gerais para a elaborao de projetos de implantao de instalaes esto descritos na NBR 13231. Este tipo de sistema no elimina a convenincia de instalao de dispositivos tradicionais para evitar a propagao de fogo, tais como: bases de concreto drenadas e protegidas, barreiras no combustveis e paredes corta-fogo, bem como dos dispositivos mveis de extino. Este tipo de sistema se aplica a todos os tipos de transformadores imersos em leo, autotransformadores, reatores e tambm s suas partes individualizadas que contm leo, tais como comutadores de derivao sob carga e caixas de buchas e de cabos. O objetivo deste tipo de sistema evitar a exploso do transformador ou reator e conseqentemente os incndios que podem decorrer quando ocorre uma falha e arco eltrico interno ao transformador ou reator protegido. O incio do arco eltrico resulta geralmente de uma avaria na isolao. Esta pode ser causada, entre outras razes, por sobrecargas, surtos de manobra ou atmosfricos, deteriorao gradual de isolao, baixo nvel de leo, umidade, acidez no leo, etc. Tal arco eltrico envolve, em geral, correntes eltricas elevadas. O contato do arco eltrico com o leo isolante produz uma considervel quantidade de gases auto-inflamveis e explosivos. A formao de gases dentro do volume fechado do equipamento protegido faz com que a presso cresa de forma muito acelerada. Se no houver um dispositivo que alivie a presso interna antes que ela exceda o valor suportvel pelo tanque este se romper. A taxa de aumento da presso interna no tanque, dependendo das correntes envolvidas, situa-se na faixa de 0,05 bar a 1 bar por milisegundo. Os transformadores e reatores atuais, por sua vez, suportam valores de sobrepresso da ordem de grandeza de 1 bar a 2 bar. Se estes valores forem superados poder haver o rompimento do tanque, ou das buchas ou do comutador de derivaes sob carga. Se houver este rompimento, os gases explosivos que se formaram no interior do equipamento protegido entraro em contato com o oxignio do ar dando incio ao fogo. Ao mesmo tempo, a temperatura da superfcie do tanque de leo rapidamente alcana o ponto de inflamao de leo e o leo do transformador incendeiase. Deve-se notar que os tempos totais de interrupo dos sistemas de proteo envolvendo disjuntores so da ordem de grandeza de 50 ms a 80 ms o que no suficiente para eliminar o arco antes que j tenham sido produzidas as sobrepresses de valores elevados. Nas instalaes de gerao a situao mais severa pois a inrcia do gerador pode alimentar o arco eltrico por 1 s e 2 s, quando ele no protegido por um disjuntor. Essa situao o pior cenrio para prevenir uma exploso no tanque do transformador. Os sistemas de preveno tratados nesta Norma buscam impedir que a sobrepresso interna resultante do arco eltrico interno atinja valores maiores que a suportabilidade do equipamento protegido. O princpio pode envolver, entre outros, a despressurizao das partes internas, a conduo dos gases produzidos para local onde possam queimar em segurana, sem afetar as pessoas e equipamentos prximos e a criao de fluxo de gases para resfriar o leo e para eliminar gases explosivos. 2 Referncias normativas As normas relacionadas a seguir contm disposies que, ao serem citadas neste texto, constituem prescries para esta Norma. As edies indicadas estavam em vigor no momento desta publicao. Como toda norma est sujeita reviso, recomenda-se queles que realizam acordos com base nesta que verifiquem a convenincia de se usarem as edies mais recentes das normas citadas a seguir. A ABNT possui a informao das normas em vigor em um dado momento. NBR 13231:2005 - Proteo contra incndio em subestaes eltricas de gerao, transmisso e distribuio 3 Definies, smbolos e abreviaturas. As definies, smbolos e abreviaturas adotadas nesta Norma so as descritas na seo 3 da NBR 13231. 4 Requisitos gerais. 4.1 Aspectos relevantes ao dimensionamento No projeto, instalao e operao do sistema de preveno devem-se levar em considerao todos os tipos de curtoscircuitos que possam ocorrer no interior do tanque do transformador ou outro equipamento protegido. A tabela 1 mostra valores tpicos de correntes de curto-circuito que poderiam ocorrer no interior de transformadores em que houve uma falha interna e criao de um arco eltrico. Estes valores podem ser utilizados como referncia para a realizao dos ensaios de verificao da capacidade do sistema de preveno em evitar a exploso e o incndio, prescritos nesta Norma.NOTA: No que diz respeito aos valores de referncia para as correntes de arco que podem ocorrer, deve ser considerado que as normas ABNT e IEC sobre transformadores tratam apenas de curtos-circuitos externos e prevem ensaios com vrias aplicaes de curto-circuito com valores de correntes equivalentes a 25 vezes o valor da corrente nominal com durao de 0,25 s a 2,0 s. Para curtos-circuitos originados fora do transformador, a corrente limitada pela impedncia do transformador. No caso de um curto-circuito interno pode no haver como limitante a impedncia do transformador. Os valores da tabela 1 indicam as ordens de grandeza das correntes e duraes nas situaes de arco interno.

NBR 8222:2005Tabela 1 Ordens de grandeza das correntes de curto-circuito mximas tpicas para arcos internos em transformadores e reatores de potncia Faixa de potncia do transformador MVA At 5 MVA 10 a 50 MVA > 50 MVA Faixa de tenses no enrolamento de maior tenso kV 1 a 15 Em estudos Em estudos 5 Em estudos Em estudos 1a2 Em estudos Em estudos Ordem de grandeza das correntes de curto-circuito kA eficazes simtricos

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Ordem de grandeza das duraes das correntes de curto-circuito s

4.2 Princpios de operao e componentes tpicos Estes sistemas buscam impedir que a sobrepresso interna resultante do arco eltrico interno atinja valores maiores que a suportabilidade do equipamento protegido. O princpio pode envolver, alm da despressurizao de volumes internos, a conduo dos gases produzidos para local onde queimem em segurana e a criao de fluxo de gases para resfriar o leo e para eliminar gases explosivos. Uma das configuraes existentes consiste em dispor-se, em uma das entradas de leo do equipamento protegido, de um dispositivo acionado diretamente e apenas pela sobrepresso interna ao tanque. Este dispositivo deve ser rpido o suficiente para que, ao ocorrer um arco interno de durao e magnitude das ordens de grandeza indicados na tabela 1, ele alivie a sobrepresso antes que ela atinja os valores suportveis pelo equipamento protegido. A ordem de grandeza do tempo necessrio para que o dispositivo opere e seja iniciado o processo de despressurizao de 10 ms. O processo total de despressurizao no deve tomar mais que 50 ms. Estes valores devem ser comprovados nos ensaios prescritos nesta Norma. Um exemplo de dispositivo com estas caractersticas o que emprega cmaras de despressurizao e disco de ruptura. Estes sistemas devem ter alta velocidade de operao e podem ser especificados e calibrados para operar quando uma presso preestabelecida atingida. Em um sistema tpico, aps a ruptura do dispositivo que inicia a despressurizao, o leo e gases formados pelo arco so ejetados por um duto apropriado at alcanar um reservatrio coletor inferior, no caso de volumes maiores de leo, ou um tanque de separao de leo e gs, no caso de volumes intermedirios. Neste segundo caso, pode haver uma outra tubulao saindo do tanque, levando apenas os gases para serem queimados em local seguro. Este tipo de sistema pode ter partes adicionais, tais como: a) obturador de isolamento do ar para evitar que os gases inflamveis entrem em contato com o oxignio do ar; b) obturador no caminho entre o conservador e o tanque, para evitar que o volume de leo do conservador desa; c) sistema auxiliar para injeo de gs neutro, aps a despressurizao, para resfriar o leo e para empurrar os gases explosivos para o exterior do tanque; d) detectores de fogo. Neste tipo de sistema, aps a despressurizao iniciado um processo para o resfriamento do leo. O sistema de resfriamento acionado por um dos sinais oriundos do sistema de proteo eltrica em acrscimo a um dos sinais dos dispositivos que iniciam a despressurizao como, por exemplo, os discos de ruptura. Quando os dois sinais so registrados, a vlvula do cilindro de um gs neutro como, por exemplo, o nitrognio, ativada e o gs injetado para o equipamento ou sua parte protegida. O fluxo de gs neutro agir no sentido de resfriar o meio tambm para pressionar os gases explosivos para o exterior, criando uma atmosfera interna segura. O sistema de preveno contra exploses e incndios pode ter como retaguarda um sistema de extino de incndios do tipo drenagem e agitao por fluxo de gs neutro. Neste caso o sistema de retaguarda deve ser ativado por dois sinais, sendo o primeiro proveniente de um dos detectores de fogo e o segundo de uma das protees eltricas do transformador. A injeo do gs neutro deve causar a agitao do leo da parte protegida, reduzindo a temperatura superficial abaixo do ponto de fulgor e ento extinguindo o fogo em menos de 5 min. Deve-se resfriar as partes aquecidas e prevenir qualquer reincio de combusto. A ttulo de referncia, a presso do cilindro de gs neutro situa-se na faixa de 150 bar a 200 bar. Caso exista, o cilindro deve ser provido com um atuador a prova de vazamentos (menos de 0,25% de perdas por ano). Este cilindro deve ser capaz de proporcionar uma injeo de gs por pelo menos 45 min, tempo considerado suficiente para resfriar as partes aquecidas e para prevenir o reincio da combusto. Quando existentes, os detectores de fogo devem ser prova de vibrao, sendo a temperatura de atuao na faixa de 135C a 150C. Os detectores de fogo devem ser localizados na cobertura do tanque, no comutador de derivaes sob carga e perto das buchas. 4.3 Controle remoto O sistema deve ser monitorado de uma sala de controle. O sistema deve ser provido com uma caixa de controle que permita:

4a) b) c) d)

NBR 8222:2005colocar o sistema na posio fora de servio, quando forem necessrios trabalhos de manuteno; operar o sistema tanto no modo automtico como no modo manual; verificar a atuao de cada sinal (abertura dos discos de ruptura, abertura do disjuntor do transformador, vlvula obturadora, detectores de fogo); verificar a operao normal da caixa de controle por um teste de lmpada.

4.4 Condies gerais de operao As distncias eltricas entre as partes do sistema e partes energizadas no devem ser menores que as especificadas na NBR 13231. 5 Requisitos especficos Sistemas utilizados em grandes transformadores podem incluir acessrios ou partes adicionais como: a) b) c) d) e) f) g) preveno de exploses e incndios em buchas de leo; preveno de exploses e incndios em caixas de cabos com leo; monitoramento de continuidade eltrica com alarmes associados; bateria seca autnoma com alarmes de baixa carga associados; advertncia audvel; aquecedores dos quadros; vlvula de injeo de gs neutro manual.

6 Ensaios A comprovao da eficincia do mtodo de proteo deve ser feita, quando prevista nesta Norma, atravs de ensaios. 6.1 Ensaios de tipo 6.1.1 Ensaio para verificao da capacidade do sistema de preveno de evitar a exploso e o incndio sob condies de arco interno No h atualmente experincia suficiente para definir, de forma completa, as condies deste ensaio em laboratrio. Para os efeitos desta Norma, os ensaios esto em estudo e o objetivo do texto a seguir explicitar os princpios e critrios de desempenho que permitam que fabricantes e usurios estabeleam, quando necessrio e em comum acordo, condies para o ensaio. Com a experincia adquirida, dever ser possvel, nas prximas revises desta Norma, especificar um ensaio de tipo completo. O ensaio ideal consiste em simular em laboratrio de alta potncia um certo nmero, por exemplo trs, de curtoscircuitos e arcos no interior de um tanque de transformador ou reator, para verificar como se comportaria o sistema de preveno contra exploso e incndio instalado no equipamento a proteger. Deve ser aplicada uma corrente de valor e durao compatveis com as que aconteceriam em uma situao real (ver tabela 1). Como as energias de arco podem influenciar no processo, pode ser estabelecido que as aplicaes sero feitas com 25 %, 50 % e 100 % da mxima corrente de arco. As duraes devem ser escolhidas de forma a, onde possvel, aplicar-se um valor I 2 x T constante. Devem ser tomados cuidados para que a corrente circule por toda a durao especificada para o ensaio. No deve haver apagamentos da corrente em qualquer uma das fases por onde a corrente deva circular. Estes apagamentos podem ocorrer devido alta capacidade dieltrica do leo ou devido utilizao de fontes de corrente com potncia insuficiente. No caso de eventuais apagamentos, estes no devem ocorrer por mais que 20% da durao total especificada para o ensaio. A iniciao do arco deve ser feita por fios finos fusveis com seo reta da ordem de 1,5 mm2. O circuito deve ser calibrado para verificar se, durante a aplicao do arco, a corrente permanecer senoidal. O fio fusvel deve ser colocado em posies previamente discutidas entre fabricante, comprador e laboratrio.NOTA: A gama de transformadores compreende desde unidades com relativamente pequeno volume de leo at grandes volumes e potncias. Para que o ensaio seja tcnica e economicamente exeqvel em laboratrio, necessrio que o transformador ou dispositivo que o simule tenha potncia limitada at certo valor, por exemplo, da ordem de 20 MVA. Pode ser utilizado para o ensaio um tanque de antigo transformador. desejvel que as partes internas do transformador tenham geometria prxima daquela de um transformador novo, porm os enrolamentos e partes em geral no precisam estar operativos, j que a corrente no circular pelos enrolamentos. Devido aos volumes de leo envolvidos, o laboratrio deve dispor de meios para que, em caso de falha do equipamento sob ensaio, as conseqncias de eventual incndio sejam controlveis.

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O desempenho do sistema, no ensaio, deve ser da forma como especificado nesta Norma ou, se no especificado, conforme previamente acordado entre fabricante e comprador. Os principais critrios a observar so: a) o no rompimento das partes protegidas; b) a operao dos dispositivos em tempo inferior aqueles que garantiriam o no rompimento por sobrepresses; c) a no ocorrncia de exploses ou fogo ou derramamento de leo.

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