A proteção de equipamentos por segurança aumentada “e” em atmosferas explosivas

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NBR IEC 60079-7 de 08/2018 – Atmosferas explosivas – Parte 7: Proteção de equipamentos por segurança aumentada “e”

A NBR IEC 60079-7 de 08/2018 – Atmosferas explosivas – Parte 7: Proteção de equipamentos por segurança aumentada “e” especifica os requisitos para o projeto, fabricação, ensaios e marcação de equipamentos elétricos e componentes Ex com tipo de proteção de segurança aumentada “e”, destinados à utilização em atmosferas explosivas de gases. Os equipamentos elétricos e os componentes Ex do tipo de proteção “e” podem proporcionar: o Nível de proteção “eb” (EPL “Mb” ou “Gb”) ou o Nível de proteção “ec” (EPL “Gc”). O Nível de Proteção “eb” é aplicável aos equipamentos ou componentes Ex, incluindo suas conexões, condutores, enrolamentos, lâmpadas e baterias, mas não incluindo semicondutores ou capacitares eletrolíticos.

A utilização de componentes eletrônicos, como semicondutores ou capacitores eletrolíticos, é excluída do Nível de Proteção “eb”, uma vez que maus funcionamentos previstos podem resultar em temperaturas excessivas ou arcos e centelhas, caso as distâncias internas de separação não sejam aplicadas. Não é geralmente uma prática manter estas distâncias de separação nem manter as funções do componente eletrônico.

O Nível de Proteção “ec” é aplicável aos equipamentos ou componentes Ex, incluindo suas conexões, condutores, enrolamentos, lâmpadas e baterias, bem como aos semicondutores e capacitares eletrolíticos. A utilização de componentes eletrônicos, como semicondutores ou capacitores eletrolíticos, é permitida no Nível de Proteção “ec”, uma vez que eles são avaliados sob condições normais de operação e sob ocorrências previstas de forma regular, as quais normalmente não resultam em temperaturas excessivas ou arcos e centelhas.

Como os requisitos de distâncias de separação não são aplicáveis para a construção interna, os componentes eletrônicos comercialmente disponíveis são geralmente adequados, caso as distâncias externas de separação sejam atendidas. Os requisitos desta norma são aplicáveis a ambos os níveis de proteção “eb” ou “ec”, a menos que especificamente indicado em contrário. Para o Nível de Proteção “eb”, esta Norma é aplicável aos equipamentos elétricos em que a tensão nominal não excede 11 kV ca eficaz ou cc.

Para o Nível de Proteção “ec”, esta norma é aplicável aos equipamentos elétricos em que a tensão nominal não excede 15 kV ca eficaz ou cc. As correntes de curto-circuito que circulam por conexões de segurança aumentada nos circuitos de alimentação não são consideradas para a geração de riscos significativos de ignição de uma atmosfera explosiva de gás, como o resultado do movimento das conexões e dos esforços mecânicos gerados pela corrente de curto-circuito.

As normas para equipamentos industriais normalmente requerem que os efeitos de correntes elevadas de curta duração sobre a segurança das conexões sejam considerados. A presença de uma atmosfera explosiva de gás não afeta de forma adversa a segurança das conexões. As variações térmicas de baixa duração que ocorrem como resultado das variações da corrente elétrica acima dos valores nominais, como aquelas que ocorrem durante a partida dos motores, não são consideradas um risco significativo de ignição de uma atmosfera explosiva de gás, devido à duração relativamente curta deste tipo de evento e dos efeitos de convecção que ocorrem durante estes eventos.

As conexões de alta-tensão e fiações associadas (acima de 1,0 kV) podem ser suscetíveis à elevação da ocorrência de descargas parciais que podem ser uma fonte de ignição. O aumento dos espaçamentos em relação a superfícies aterradas ou em relação a outras conexões, bem como os recursos necessários para evitar surtos de tensão para estas terminações, são normalmente utilizados.

O equipamento elétrico com o tipo de proteção segurança aumentada “e” deve proporcionar um dos seguintes níveis de proteção: nível de proteção “eb” (EPL Mb ou Gb), ou nível de proteção “ec” (EPL Gc). Os requisitos desta Seção aplicam-se a todos os equipamentos elétricos e componentes “Ex” com o Tipo de Proteção “e”, salvo indicação em contrário na Seção 5.

As conexões elétricas destinadas a serem feitas internamente do invólucro do equipamento são divididas em aquelas para fiação de campo, (ver 4.2.2), e aquelas para fiação de fábrica, (ver 4.2.3) e, quando conveniente, para tipos de conexões permanentes e reconectáveis ou plugáveis, detalhando os requisitos apropriados. As conexões externas de aterramento e de equipotencialização devem estar de acordo com os requisitos das conexões para a fiação de campo, (ver 4.2.2).

De acordo com o aplicável, cada tipo deve ser construído de forma que os condutores não possam deslizar de suas posições destinadas durante o aperto de um parafuso ou após a sua inserção; proporcionar os meios de evitar o afrouxamento da conexão em serviço; ser de tal forma que o contato seja assegurado sem danos aos condutores que possam prejudicar a capacidade do condutor em atender à sua função, mesmo se condutores encordoados forem utilizados em conexões destinadas para conexão direta de um condutor não encordoado; proporcionar uma força de compressão para assegurar uma pressão de contato em serviço; ser construído de forma que o contato proporcionado não seja sensivelmente prejudicado por variações de temperatura que ocorram em serviço normal; fornecer pressão de contato que não dependa da integridade estrutural de materiais isolantes, exceto quando permitido pelo ensaio de continuidade de terra, apresentado na NBR IEC 60079-0; ser especificado para não acomodar mais do que um condutor individual em um ponto de conexão, a menos que especificamente projetado e avaliado para isto; se destinado aos condutores encordoados, utilizar um meio de proteger os condutores e distribuir a pressão de contato uniformemente.

O método de aplicação da pressão de contato deve ser capaz, na instalação, de modelar confiavelmente o condutor encordoado em uma forma efetivamente sólida que, subsequentemente, não se altere em serviço. Alternativamente, o método de aplicação da pressão de contato deve ser projetado de tal maneira que acomode qualquer assentamento dos fios de encordoamento em serviço; possuir, para conexão com parafuso, um valor de torque especificado pelo fabricante.

Para conexões sem parafuso destinadas aos condutores com encordoamento fino classe 5 ou classe 6, de acordo com a IEC 60228, o fio com encordoamento fino deve ser equipado com terminal de compressão ou a terminação deve possuir um método de abertura do mecanismo de pressão, de forma que os condutores não sejam danificados durante a instalação do condutor. A utilização de fios de alumínio pode causar dificuldades pelo comprometimento das distâncias críticas de isolação e escoamento, quando materiais antioxidantes são aplicados.

A conexão de fios de alumínio a terminais pode ser realizada pela utilização de dispositivos adequados de conexão bimetálicos que forneçam uma conexão de cobre ao terminal. Podem ser requeridas precauções especiais contra vibração e impactos mecânicos, para reduzir o risco de afrouxamento. A corrosão eletrolítica pode ocorrer onde materiais ferrosos forem utilizados.

Uma orientação sobre limitação de corrosão com base na limitação do potencial eletroquímico entre metais diferentes pode ser encontrada na IEC TR 60943. A temperatura-limite da isolação do bloco terminal e acessórios é usualmente baseada na temperatura-limite da isolação, porém a temperatura-limite especificada para o terminal, quando utilizado em equipamentos, também depende da classe de temperatura máxima da isolação do cabo ao qual é conectado.

Os terminais para conexões de fiação de campo devem ser dimensionados para permitir a conexão efetiva dos condutores com seção igual a pelo menos aquela correspondente à corrente nominal do equipamento. As conexões devem ser localizadas em uma posição tal que, se for requerida inspeção em serviço, elas estejam razoavelmente acessíveis.

A quantidade, a seção transversal e o tipo dos condutores que possam ser seguramente conectados devem estar especificados na documentação descritiva, de acordo com a NBR IEC 60079-0. O “tipo de condutor” inclui características como material do condutor e encordoamento. Alguns tipos de cabos, como os utilizados para atender aos requisitos de EMC, incluem múltiplos condutores para ligação ao fio terra. Podem ser necessárias instalações de terminais quando mais de um condutor for utilizado para ligação ao fio terra.

Nestes casos, é importante que o usuário e o fabricante e coordenem as instalações de terminais necessários. As conexões executadas utilizando terminais de acordo com as NBR IEC 60947-7-1, NBR IEC 60947-7-2, IEC 60947-7-4, IEC 60999-1 ou IEC 60999-2 são destinadas à conexão de condutores de cobre com a isolação localmente removida e sem a colocação de outras partes intermediárias, além daquelas que garantam a forma de um condutor nu, como um terminal de compressão.

Os terminais para tipo de proteção “eb” devem ser submetidos aos ensaios de isolação do material de terminais em 6.10. Os terminais devem possibilitar a fixação em seus locais de montagem. Para os terminais com tipo de proteção “eb”, a elevação de temperatura da barra do condutor não pode exceder 40 K, com corrente de ensaio de 110% da corrente nominal, de acordo com o método do ensaio de elevação de temperatura da NBR IEC 60947-7-1.

Este ensaio está relacionado à corrente absoluta máxima permitida para o terminal, quando ensaiado sem invólucro. Para finalidades práticas, quando múltiplos terminais são utilizados no interior de invólucros, será necessário estabelecer correntes reduzidas de acordo com as circunstâncias particulares. Os terminais para conexão de condutores de seção transversal nominal que não excedam 35 mm² (2 AWG) devem também ser adequados para conexão efetiva de condutores com no mínimo duas seções transversais menores, de acordo com a escala ISO, de acordo com o Anexo F, se não for especificado de outra forma no certificado.

A subseção 4.2.2.2 é destinada principalmente a fornecer requisitos para terminais como componentes Ex. Os dispositivos para conexão permanente das fiações de campo devem atender aos requisitos de 4.2.2.2, quando aplicável. Os dispositivos de conexões para as ligações de equipamentos ou componentes “Ex” que empregam outros tipos de proteção, como invólucro à prova de explosão “d”, permitem instalações utilizando métodos de conexão de segurança aumentada “e”.

O aumento de 40 K, referido em 4.2.2.2, é apenas para a avaliação de componentes Ex de terminais e não é determinado na aplicação efetiva do terminal, onde pode ser observado um aumento de mais de 40 K. Devem ser previstos meios de fixação do cabo ou condutores para evitar a rotação ou movimento, de forma a evitar qualquer afrouxamento ou comprometimento das distâncias de isolamento e escoamento.

Alternativamente, o número do certificado deve incluir o sufixo “X”, de acordo com os requisitos de marcação da NBR IEC 60079-0, e as condições específicas de utilização listadas no certificado devem detalhar as disposições relativas à fixação do cabo ou condutores, de forma a evitar o comprometimento das distâncias de isolamento e escoamento, e as disposições para evitar afrouxamento das conexões. Se a opção para usar a marcação no lugar do sufixo “X”, de acordo com a NBR I EC 60079-0, for aplicada, essa marcação pode aparecer tanto no exterior quanto no interior do com partimento de ligação.

Condutores com seção nominal maior que 35 mm² podem possuir rigidez suficiente para evitar o comprometimento das distâncias de isolação e escoamento. As conexões utilizando arranjos permanentes são tipicamente compostas por condutores individuais (do tipo rabicho) que são destinados a serem conectados durante a instalação, utilizando os métodos de conexão apropriados, (ver 4.2. 1).

Um meio de fixação das conexões completadas a um local adequado deve ser previsto, ou então as conexões completadas devem ser previstas com meios confiáveis que assegurem a isolação de acordo com os requisitos desta norma. Se o método de conexão for por solda com estanho, um apoio mecânico da conexão completada deve ser previsto. A segurança da junção não pode ser baseada somente na solda por estanho.

O objetivo do suporte mecânico é evitar que o estresse mecânico seja transferido para a conexão. As conexões de fábrica devem ser fixadas em um local específico ou devem previstas com meios de atender aos requisitos de distância de isolação e escoamento desta norma. Qualquer dos métodos de conexão adequados para conexão externa pode ser utilizado para as conexões de fábrica. Excepcionalmente para este caso, os ensaios de isolação do material do terminal não necessitam ser realizados para os níveis de proteção “eb” ou “ec”.

Os requisitos para a estabilidade térmica de materiais isolantes são especificados em 4.6. Adicional mente aos métodos de ligação aceitáveis para conexões da fiação de campo, os conectores de torção que atendam aos requisitos da IEC 60998-2-4 também podem ser utilizados para ligações de fábrica para o Nível de Proteção “ec”.

As conexões permanentes devem ser feitas somente por meio de crimpagem; brasagem; soldagem; soldagem com estanho, com suporte mecânico da conexão final, além da soldagem efetuada; ou no Nível de Proteção “ec”, os componentes das placas de circuito impresso, incluindo os dispositivos de montagem em superfície (SMD – Surface Mounted Devices) e os componentes montados com pinos por furos, sem suporte mecânico adicional. O processo comumente referido como “solda com prata” é considerado uma “brasagem”.

As conexões com plugue para o Nível de Proteção “eb” são projetadas para serem rapidamente conectadas ou desconectadas durante a montagem, manutenção ou reparo. Estas ligações não são destinadas a serem conectadas ou desconectadas, quando uma atmosfera explosiva estiver presente. Exemplos típicos são os componentes para encaixe e conectores de cartões eletrônicos.

As conexões plugáveis no Nível de Proteção “eb” devem proporcionar o seguinte: cada conexão deve utilizar no mínimo duas áreas de contatos, e a perda de uma área de contato não compromete a efetividade da outra; se as conexões de fábrica puderem permanecer energizadas quando separadas, elas devem possuir um intertravamento para evitar a separação quando energizadas ou devem ser marcadas. Para componentes pequenos, uma marcação adjacente pode ser permitida. A conexão deve ser assegurada por um dos métodos descritos a seguir. Cada conexão ou grupo de conexões deve possuir um dispositivo de retenção mecânica, o qual, excluindo o atrito interno, apresente uma força para a separação de no mínimo 30 N, com força aplicada gradualmente próximo ao centro do componente.

Quando um grupo de conexões individuais for mecanicamente ligado e o componente separável pesar mais que 0,25 kg ou carregar mais do que 10 cabos, considerações especiais devem ser dadas à segurança da conexão. O objetivo de que a eficácia da retenção mecânica para o Nível de Proteção “eb” seja avaliada pelo ensaio é devido ao aumento do risco de ignição em função da separação dos contatos em equipamentos de EPL Gb.

Para a conexão de um componente que dependa somente do atrito para permanecer no lugar e que não seja fixado de qualquer outra forma além do ponto de conexão, a força de separação, em Newtons, deve ser 200 vezes maior que o peso do componente (em kg) e, neste caso, um dispositivo de retenção mecânico não é necessário. A força deve ser aplicada gradualmente próxima ao centro do componente. Neste caso, um dispositivo de retenção mecânico não é requerido.

As distâncias de isolação entre as partes condutoras nuas em diferentes potenciais devem estar de acordo com a Tabela 2 da norma, com um valor mínimo para conexões da fiação de campo de 3 mm para o Nível de Proteção “eb” ou 1 ,5 mm para o Nível de Proteção “ec”. Alternativamente, para o Nível de Proteção “ec”, as distâncias de isolamento para outras conexões a não ser a fiação de campo, são permitidas de acordo com os valores indicados no Anexo H.

Os espaçamentos nos terminais de cabos devem ser avaliados com e sem o condutor para determinar a distância mínima de isolação sob as piores condições. O arranjo de condutores deve ser como especificado pelo fabricante. O arranjo de condutores especificado pelo fabricante inclui seção de condutores, comprimento do desencapamento, utilização de terminais, torque máximo de aperto da conexão, etc.

Um terminal de ligação fornecido com o dispositivo de fixação do condutor totalmente aberto pode apresentar condições mais desfavoráveis para espaçamentos. As distâncias de isolação devem ser determinadas em função da tensão de trabalho. Quando o equipamento for destinado a mais do que uma tensão nominal ou a uma faixa de tensão nominal, o valor da tensão de trabalho a ser utilizada deve ser baseado no valor mais elevado de tensão nominal.

A temperatura máxima de superfície admissível para enrolamento do estator, peças do rotor e aparelhos elétricos auxiliares ou componentes “Ex” dentro ou sobre a máquina devem estar abaixo da temperatura-limite. Estas temperaturas são medidas, calculadas ou determinadas por técnicas de extrapolação. Para máquinas elétricas com Nível de Proteção “eb”, as falhas esperadas devem ser levadas em consideração.

As falhas esperadas incluem a parada devido a uma sobrecarga mecânica ou situação de rotor. Para máquinas elétricas com Nível de Proteção “ec” com regimes de serviço S1, S2, S6 ou S9, devem ser determinadas somente temperaturas com carga nominal. Para máquinas elétricas com Nível de Proteção “ec” com regimes de serviço diferentes de S1, S2, S6 ou S9, as temperaturas devem ser determinadas durante as partidas consecutivas ou em diferentes condições de carga, conforme aplicável, dependendo do regime de serviço específico.

Para máquinas elétricas com Nível de Proteção “eb” ou “ec”, destinadas a serem acionadas com um conversor, as temperaturas devem ser determinadas de acordo com o especificado em 5.2.8.4. A determinação da temperatura empregando métodos de cálculo ou de extrapolação devem ser baseadas em medições de temperatura comparativas com máquinas semelhantes.

FONTE: Equipe Target