A proteção contra descargas atmosféricas em áreas explosivas

por José Barbosa*

A descarga atmosférica pode causar muitas perdas por sua capacidade de gerar centelhamento, que poderá resultar em incêndio e explosão. É relativamente comum a ocorrência de incêndio quando uma descarga atmosférica atinge diretamente uma estrutura ou uma linha metálica. Esses incêndios podem causar perdas, inclusive, de vida humana, mas se pode evitar com a atuação de um sistema de combate a incêndio adequado. Mas, quando nossa estrutura é composta  por  uma área explosiva, classificada, não temos a mesma oportunidade  de minimizar satisfatoriamente as perdas com os sistemas de  combate  a incêndio. A descarga atmosférica nesse contexto,  poderá causar uma explosão que potencializa as perdas de vida humana, materiais e de serviços.

Além das consequências de uma explosão não serem mitigadas por um sistema de combate a incêndio, evitar essa explosão  é  muito   mais  difícil  que  evitar um incêndio em uma área não explosiva. Para haver  esse incêndio,  é  necessária a ocorrência de um grande centelhamento que, geralmente,  ocorre  no  ponto  de  impacto, pela  descontinuidade  elétrica  ou  pela abruta  elevação de  potencial  do  caminho da descarga atmosférica. Agora, para haver explosão, além das causas de incêndio, basta acontecer pequenos centelhamentos que podem ser originados por tensões induzidas por  descargas atmosféricas que atinja uma região próxima, até 500 metros da estrutura.

As áreas explosivas são também conhecidas   como    áreas    classificadas   em zona 0 ou 20, 1 ou 21, 2 ou 22. As zonas 0, 1 e 2 são compostas por uma mistura de ar e substâncias inflamáveis  e as zonas  20, 21 e 22 são formadas por uma nuvem de poeira combustível no ar. A tabela 1 relaciona alguns locais que podem  se tornar potencialmente explosivos, áreas  classificadas.

Uma das técnicas utilizadas na proteção contra descargas atmosféricas de áreas classificadas é a utilização de sistema isolado. Essa técnica consiste em  não permitir  a injeção de corrente da descarga atmosférica na instalação. Isso acontecendo, reduz substancialmente a necessidade de outras medidas, a  fim de evitar os indesejáveis centelhamentos. Como o nome  já sugere, o sistema isolado  consiste em mantermos o sistema de proteção contra descargas atmosféricas (SPDA)  isolado das instalações metálicas da estrutura. Essa isolação deve ser capaz de suportar os potenciais gerados no momento da atuação da proteção.

Geralmente, o material isolante utilizado é o ar, para o sistema isolado. Logo, mantendo o SPDA afastado suficientemente, de  modo a manter uma coluna de ar, cuja isolação consiga suportar as tensões geradas entre ele e a instalação metálica presente na estrutura, teremos um sistema isolado. Esse afastamento suficiente é definido pela  NBR5419:2015 como distância de segurança, que já foi apresentada em outro artigo  desse espaço. Na   figura 2 é apresentado  um   exemplo de aplicação do  sistema isolado, onde são posicionados captores, utilizando o método da esfera rolante com raio “R”,  afastados da distância de segurança “S” da estrutura com área classificada.

A utilização de captores afastados suficientemente da estrutura é uma boa prática   quando    provemos  a proteção para   pequenas   estruturas.   Porém, quando  lidamos  com  grandes  estruturas, é inevitável considerar captores fixados diretamente nelas.  Mesmo  com a fixação direta, podemos ter um sistema isolado. Para isso, é necessário que seja mantida a distância de segurança dos condutores para os elementos metálicos da instalação, mas esse afastamento não poderá ser realizado através de suporte metálico. Ao longo de toda a coluna de ar com a espessura igual à distância de segurança, não poderá ter a presença  de   elementos   metálicos,  o que  resulta  na aplicação de fixadores ou suportes não metálicos, como é o caso de um suporte em fibra de vidro. A figura 3 apresenta um exemplo da aplicação de um sistema isolado através da fixação na estrutura.

Apesar de parecer simples a solução indicada na figura 3, dependendo dos comprimentos envolvidos, a distância de segurança pode  chegar a quase 1 metro, o que poderia inviabilizar a execução pela grande altura dos suportes não metálicos. Felizmente, há no mercado outra solução para a execução de um sistema isolado. Trata-se da utilização de condutores, cuja construção permite  a  fixação   direta   na  estrutura  sem que haja centelhamento para as instalações metálicas. Esses condutores  substituem  as distâncias de  segurança e são  especificados de acordo com elas. Por exemplo, há cabos que substituem as distâncias de segurança de 45, 75 e 90cm. Assim, caso a necessidade seja atender uma distância de segurança de 70cm, poderá ser utilizado um condutor que substitui uma distância de segurança de 75cm, fixando ele diretamente na estrutura, conforme figura 5, evitando o centelhamento.

A figura 4 apresenta a seção transversal do condutor que é composto  por  uma camada externa de material semicondutor, uma camada material  isolante e o núcleo  em  cabo ou  fio de cobre. Esses condutores devem atender as exigências da IEC TS 62561-8, que trata dos componentes aplicados em um SPDA isolado.

Outro ponto importante no controle do centelhamento em uma área  classifica é a utilização de dispositivos de proteção contra surtos  (DPS), conforme a NBR5419-4:2015. Esses  irão   tratar   as tensões  induzidas na instalação e/ou evitar os potenciais perigosos oriundo das linhas metálicas externas que entram na instalação. Mas esse assunto ficará para  um próximo  artigo.

*José Barbosa é engenheiro e membro da comissão que revisou a NBR 5419.