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Os sistemas intrinsecamente seguros em atmosferas explosivas

Equipe Target

ABNT IEC/TS 60079-39 de 01/2019: os sistemas intrinsecamente seguros com limitação de duração de centelha controlada eletronicamente em atmosferas explosivas

A ABNT IEC/TS 60079-39 de 01/2019 – Atmosferas explosivas – Parte 39: Sistemas intrinsecamente seguros com limitação de duração de centelha controlada eletronicamente especifica os requisitos para o projeto, ensaios, instalação e manutenção de equipamentos e sistemas Power-i que aplicam limitação da duração da centelha controlada eletronicamente para manter um nível adequado de segurança intrínseca. Contém os requisitos para equipamentos intrinsecamente seguros e cabeamento a serem utilizados em uma atmosfera explosiva e para equipamentos associados planejados para serem conectados a circuitos intrinsecamente seguros que possam entrar nestas atmosferas. Esta especificação técnica exclui o nível de proteção “ia” e a utilização de circuitos controlados por software.

Aplica-se a equipamentos elétricos utilizando tensões não superiores a 40 V cc e um fator de segurança de 1,5 para Grupos I, IIA, IIB e III. Ela também é aplicável a equipamentos “ic” do Grupo IIC com um fator de segurança de 1,0. Equipamentos “ib” do Grupo IIC com um fator de segurança de 1,5 são restritos a tensões até 32 V cc. Este tipo de proteção é aplicável aos equipamentos elétricos nos quais os próprios circuitos elétricos são incapazes de causar uma explosão da atmosfera explosiva no entorno.

Esta especificação técnica é aplicável aos equipamentos intrinsecamente seguros e sistemas que utilizam limitação da duração da centelha controlada eletronicamente com o objetivo de disponibilizar mais potência elétrica enquanto mantém um nível adequado de segurança. Também é aplicável a equipamentos elétricos ou partes destes, localizados fora de áreas classificadas ou protegidos por outro tipo de proteção definido na série NBR IEC 60079, quando a segurança intrínseca dos circuitos em atmosferas explosivas depende do projeto e construção destes equipamentos ou parte destes. Os circuitos elétricos localizados em áreas classificadas são avaliados para utilização nestes locais pela aplicação desta especificação técnica. Complementa e modifica os requisitos das NBR IEC 60079-0, NBR IEC 60079-11, NBR IEC 60079-14, NBR IEC 60079-17 e NBR IEC 60079-25.

Esta parte da IEC/TS 60079, que é uma especificação técnica, está sendo emitida como uma “norma prospectiva para aplicação provisória” no campo de Atmosferas Explosivas ? Sistemas intrinsecamente seguros com limitação de duração de centelha controlada eletronicamente devido ao fato de haver uma necessidade urgente para orientação de como é recomendado que as normas deste campo sejam utilizadas para atender uma necessidade identificada.

Sistemas intrinsecamente seguros com limitação de duração de centelha controlada eletronicamente podem fornecer mais potência disponível em circuitos intrinsecamente seguros mantendo o nível de proteção “ib” ou “ic”. Adicionalmente, para limitar a tensão e corrente (similar a circuitos intrinsecamente seguros convencionais), a duração da centelha é limitada, o que também restringe a quantidade de energia disponível para ignição. Os requisitos gerais para a instalação de equipamentos intrinsecamente seguros são aplicáveis aos circuitos Power-i.

Esta nova tecnologia permite uma expansão no campo de aplicações industriais utilizando o tipo de proteção Segurança Intrínseca “i”. Esta tecnologia, entretanto, requer uma nova e extensiva abordagem do tipo de proteção por Segurança intrínseca “i”. Em um sistema Power-i, apenas uma fonte Power-i ativa deve ser conectada por meio de cabeamento Power-i para alimentar um ou diversos dispositivos de campo Power-i.

A estrutura mais simples consiste de uma fonte Power-i, cabeamento Power-i e um dispositivo de campo Power-i (ver figuras abaixo). A utilização de fontes de alimentação redundantes que apresentam uma fonte de alimentação efetiva é permitida.

O dispositivo de campo Power-i Sn é idêntico ao dispositivo de campo Power-i S1, S2-1 ou S2-2 em termos de conexão ao cabeamento Power-i, mas é mostrado com terminais de entrada/saída adicionais. Estes terminais estão sujeitos aos requisitos de um tipo de proteção adequado para as aplicações, definido pela série NBR IEC 60079.

O Power-i tem que ser considerado como um sistema. Portanto os requisitos descritos a seguir aplicam-se a todos os dispositivos. A detecção do pulso de centelhamento não pode ser inibida durante condições estáticas ou transitórias (por exemplo, partida suave do tipo “soft start”) – nem pelo cabeamento Power-i nem por dispositivos Power-i. Portanto, o Power-i requer a consideração do sistema inteiro.

Todos os dispositivos e o cabeamento Power-i devem ser avaliados e ensaiados de acordo com o Anexo A e todos os dispositivos Power-i devem ser classificados de acordo com 5.7. Os dispositivos Power-i devem atender aos requisitos das NBR IEC 60079-0, NBR IEC 60079-11 e NBR IEC 60079-25 quando aplicável, assim como outras normas da série (por exemplo, NBR IEC 60079-7 e NBR IEC 60079-18, se aplicáveis).

A aplicação destes requisitos deve adicionalmente considerar qualquer efeito na temporização e sensibilidade da função de segurança dos dispositivos Power-i devido ao efeito da temperatura e tolerância dos componentes. As falhas consideradas como as mais críticas (por exemplo, por temporização, sensibilidade, etc.) para a função de segurança dos dispositivos Power-i devem ser aplicadas ao equipamento para todos os ensaios requeridos por esta especificação técnica.

Somente é permitida uma fonte Power-i ativa por sistema Power-i. A fonte Power-i deve ser localizada em um dos extremos do cabeamento do circuito Power-i (tronco). A fonte Power-i deve detectar centelhamento de fechamento (centelhas ocorrem quando do aparecimento de um curto-circuito em um circuito elétrico causando uma variação de corrente +di/dt e centelhamento de abertura (centelhas ocorrem quando da abertura de um circuito elétrico causando uma variação de corrente – di/dt) e ela deve prover um corte rápido da potência de saída quando ocorre um pulso de centelhamento.

A figura abaixo indica os elementos principais de uma fonte Power-i com uma unidade de limitação de tensão e corrente relacionada à segurança, posicionada anterior ao núcleo da fonte. Em todos os modos de operação quando os valores intrinsecamente seguros baseados em limitação de potência convencional, conforme as NBR IEC 60079-11 e NBR IEC 60079-25, são excedidos, a detecção da variação de corrente ±di/dt não pode ser inibida. Isto inclui a fase de transição do modo seguro para o modo Power-i. A variação de corrente di/dt pode ser suprimida no modo de corrente constante. Portanto, uma centelha pode não ser detectada neste modo.

A fonte Power-i deve atender a alguns requisitos pertinentes para a segurança: a corrente de saída da fonte Power-i IO-source e a tensão U O-source de saída limitada pela limitação de tensão e corrente devem atender aos requisitos da Tabela 1 e Tabela 2 (disponíveis na norma). A fonte Power-i deve ser capaz de detectar variações dinâmicas da corrente de saída IO ±di/dt, como definido em A.3.2. A fonte deve reagir com uma transição subsequente do modo Power-i para o modo de corte.

No modo de corte o valor da corrente de saída Ishutdown pode ser zero, mas não pode exceder 50 % da corrente permissível IO-IEC baseada na NBR IEC 60079-11 ou na NBR IEC 60079-25 com o fator de segurança aplicável à classe de tensão Power-i apropriada. Neste caso, a seguinte equação se aplica: lshutdown = lO−source ≤ 0,5lO−IEC. Dentro de 20 μs da chegada da informação de surgimento da centelha na fonte Power-i, a corrente de saída da fonte Power-i deve ser igual ou menor que 75% do valor de IO-IEC dentro dos primeiros 20 μs da transição para o modo shutdown, é permitido um transiente de corrente de saída Ishutdown-20μs de 75 % do valor de IO-IEC (ver Figura A.5 – disponível na norma).

Neste caso, se aplica a seguinte equação: lshutdown − 20μs = lO−source ≤ 0,75lO−IEC. O transiente de tensão de saída Uovershoot-40μs durante o modo shutdown não pode exceder a tensão de saída nominal Uo-source em mais de 6 V para uma duração máxima de 40 μs. Neste caso, a seguinte equação se aplica: Uovershoot − 40μs ≤ UO−source + 6V. A fonte Power-i deve atender aos requisitos dos procedimentos de ensaio de A.3.2.

Os seguintes componentes da fonte Power-i (ver figura acima) são pertinentes quanto à segurança e devem atender aos requisitos de 5.1-a) e d) para o respectivo tipo de proteção: limitação da máxima tensão Uo-source e corrente de saída Io-source; detectores de +di/dt e -di/dt; lógica, e chaveamento eletrônico. O circuito de saída da fonte Power-i deve ser isolada do terra. Os requisitos para a isolação devem ser obtidos da NBR IEC 60079-11.

Os dispositivos de campo Power-i consistem de um dispositivo desacoplador e da carga. Dispositivos de campo Power-i devem desacoplar a carga do cabeamento Power-i. O projeto de um dispositivo de campo Power-i deve assegurar a detecção de um pulso de centelhamento conforme esta especificação técnica.

Os dispositivos de campo Power-i devem atender aos seguintes requisitos pertinentes de segurança: devem assegurar que ambos, centelhamentos de fechamento e de abertura, não sejam atenuados de forma que a detecção pela fonte Power-i seja invalidada; sob condições normais ou de falha, conforme especificado na NBR IEC 60079-11, o dispositivo de campo deve permanecer passivo, isto é, os terminais não podem ser uma fonte de energia para o sistema, exceto por uma corrente de fuga não maior que 50 μA.

A consideração de Li e Ci para dispositivos de campo Power-i, baseados na NBR IEC 60079-11 não é requerida. Isto é considerado nos procedimentos de ensaios descritos em A.3.3. Devem ter um tipo de proteção apropriado de acordo com a NBR IEC 60079-0 para a respectiva atmosfera explosiva na qual eles serão utilizados.

Devem ter parâmetros pertinentes de segurança determinados conforme A.3.3. Devido à conexão paralela com o cabeamento Power-i, o tempo de resposta para os dispositivos de campo Power-i é desprezível. Todos os componentes determinantes para ambos, o fator de avaliação AFfield device e o resultado do ensaio de pulso de transição (A.3.3.4) devem atender aos requisitos de 5.1-a). O circuito de entrada de um dispositivo de campo Power-i deve ser isolado da terra.

Os requisitos para isolação da terra devem ser os mesmos da NBR IEC 60079-11. Como um exemplo, o dispositivo de campo Power-i mostrado na Figura 4 (disponível na norma) atende aos requisitos mencionados anteriormente e pode ser utilizado para um vasto campo de aplicações. Estes dispositivos de campo consistem de um dispositivo desacoplador em combinação com qualquer carga.

O cabeamento Power-i deve atender a alguns requisitos. A transmissão de um pulso de centelhamento não pode ser comprometida de maneira que impeça a detecção de um pulso relevante de centelhamento de fechamento e abertura. Todo o cabeamento Power-i (cabo tronco Power-i incluindo todos os cabos de derivação) deve atender aos requisitos específicos das NBR IEC 60079-11, NBR IEC 60079-25 e NBR IEC 60079-14

Os cabos do tipo C (multicabos), conforme definido na NBR IEC 60079-25, devem ser excluídos em cabeamento Power-i; o tempo de resposta do sistema tresp-system depende primordialmente do comprimento do cabo-tronco Power-i utilizado e do atraso de propagação no mesmo; os requisitos da tabela acima devem ser aplicados. Os parâmetros e o comprimento do cabo são pertinentes à segurança e determinam o máximo tempo de resposta para o tronco Power-i (ver A.3.4).

O comprimento máximo de cada cabo de derivação é limitado a 15 m. O comprimento total máximo de todos os cabos de derivação de todo sistema Power-i é 50 m. Se o comprimento do cabo-tronco Power-i for menor que 40 m, o tempo de resposta deste cabo é considerado 0,5 μs (ver A.3.4.2). Neste caso o comprimento de cada cabo de derivação é limitado a 10 m e o comprimento total de todos os cabos de derivação de todo sistema Power-i é limitado a 20 m.

A base de cálculo para a impedância característica do cabo ZW nesta especificação técnica é ZW = 100 Ω; a faixa permitida da impedância característica ZW do cabeamento Power-i é 80 Ω ≤ ZW ≤ 120 Ω. Os valores especificados para a impedância característica do cabo se referem à frequência de 100 kHz ± 20 %. O cabeamento Power-i deve atender aos requisitos da Seção 6 e de A.3.4.

A utilização de uma blindagem para cabeamento Power-i não é essencial para segurança; se uma blindagem for utilizada, ela pode ser aterrada desde que isolada do circuito Power-i, de acordo com os requisitos de rigidez dielétrica da NBR IEC 60079-25. O cabeamento Power-i deve ser isolado da terra. Os requisitos para isolação do terra devem ser de acordo com os requisitos de rigidez dielétrica do cabo, conforme a NBR IEC 60079-25.

FONTE: Equipe Target

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