Proteção de equipamentos por segurança aumentada – Tipo de proteção Ex “e” – Parte 2

Quando comparada com as distâncias de isolação e de escoamento requeridas para equipamentos elétricos industriais “comuns” (para instalação em áreas não classificadas), as quais são determinadas na Norma da Série IEC 60664 (Insulation coordination for equipment within low-voltage systems) para utilização em áreas ao tempo, para que sejam atendidos os requisitos de “segurança aumentada” e para impedir a ocorrência de arcos, as distâncias de isolação e de escoamento indicadas na Norma ABNT NBR IEC 60079-7, para cada nível de tensão nominal do equipamento, são consideravelmente mais elevadas, em geral por meio da aplicação de um fator de segurança, o qual foi inicialmente considerado como sendo de 1.5.

Como pode ser verificado, os conceitos “aumento” das distâncias de escoamento e das distâncias de isolação foram a base para o conceito de proteção por segurança “aumentada”. Estes conceitos são apresentados a seguir:

• distância de escoamento (Creepage distance): a menor distância ao longo da superfície de um material isolante sólido, entre duas partes condutivas;
• distância de isolação (Clearance distance): a menor distância, no ar, entre duas partes condutivas.

No tipo de proteção Ex “e”, o valor das distâncias de escoamento depende da tensão de trabalho do equipamento, da condição da superfície das partes isolantes (grau de poluição do local da instalação) e do índice de trilhamento comparativo superficial (CTI – Comparative Tracking Index) do material de isolamento.
Grau de proteção do invólucro (Índice IP) para equipamentos Ex “eb” / “ec”: os invólucros contendo partes condutivas energizadas expostas devem proporcionar um grau de proteção mínimo de IP54 (Norma ABNT NBR IEC 60529 ou ABNT NBR IEC 60034-5). Para invólucros que contenham somente partes condutivas isoladas, o grau de proteção IP44 pode ser considerado suficiente.

Temperaturas de superfície: neste tipo de proteção Ex “eb” ou “ec”, o ingresso de uma atmosfera explosiva para o interior do invólucro não é evitado. Por este motivo, as temperaturas permissíveis também são aplicáveis para todas as superfícies internas dos invólucros.

Requisitos específicos de resistência mecânica em equipamentos Ex “e”: durante os ensaios de tipo, todos os invólucros são submetidos a ensaios de impacto. Nos casos de invólucros feitos de materiais plásticos, são também realizados ensaios de envelhecimento térmico (de acordo com os procedimentos indicados na Norma ABNT NBR IEC 60079-0). Ensaios suplementares são aplicáveis, em particular, para motores elétricos, luminárias, baterias e caixas de terminais Ex “eb”.

Requisitos especiais para motores elétricos Ex “eb”: todos os materiais isolantes são submetidos ao ensaio de envelhecimento térmico. De forma a prolongar o tempo de vida em serviço, os materiais isolantes dos enrolamentos são comparados com os enrolamentos dos equipamentos industriais “comuns” (para instalação em áreas não classificadas), o valor da temperatura limite é reduzido.

Isto diminui o risco de danos aos enrolamentos, desta forma reduzindo também o risco de ocorrência de arcos e centelhas devido a correntes de fuga à terra ou a falhas de isolamento entre espiras, as quais podem evoluir para correntes de curto-circuito.

Para proteger os enrolamentos e para assegurar uma aderência à temperatura máxima de superfície permissível, os motores Ex “eb” são normalmente utilizados protegidos por dispositivos de proteção térmica, com base na medição de corrente de carga do motor, o que opera no evento de uma condição de partida prolongada em uma falha do motor.

A finalidade deste dispositivo de proteção térmico é a de assegurar que, uma vez que a temperatura contínua de operação tenha sido alcançada, após o motor estar em operação com corrente nominal por várias horas, que um motor seja desligado com segurança, antes de atingir a temperatura limite permissível para o local da instalação (por exemplo T4, T3 ou T2), no evento do motor ficar com o rotor bloqueado devido a uma falha do motor ou da máquina acionada, caso este que fará circular no motor uma corrente muito elevada, causando um aumento de temperatura rápido e acentuado.

Em motores elétricos Ex “eb”, o tempo “t_E” é aquele necessário para que seus enrolamentos de corrente alternada, quando percorridos pela sua corrente de partida (I_A), atinja a sua temperatura limite, partindo da temperatura atingida em regime nominal, considerando a temperatura ambiente em seu máximo.

A duração do tempo t_E deve ser tal que, quando o rotor estiver bloqueado, o motor possa ser desligado através de um dispositivo de proteção dependente de corrente, antes que o tempo t_E tenha transcorrido. O dispositivo de proteção térmica para motores Ex “e” deve ser ajustado de tal modo que seja evitado, sob todas as condições de operação, que a temperatura limite dos gases inflamáveis presentes no local da instalação seja atingida.

Se o rotor e o estator possuem diferentes tempos para aquecimento, o menor tempo deve ser considerado para o desligamento do motor. Os valores do tempo t_E e da razão entre a corrente inicial de partida I_A e a corrente nominal do motor I_N devem ser indicados na placa de dados e no certificado de conformidade do motor. O dispositivo de proteção térmica deve ser capaz de atuar no tempo especificado dentro de uma tolerância de +/- 20 %.

O dispositivo de proteção térmica deve também desligar o motor no evento de falta de fase, como por exemplo, no caso de queima de um fusível de uma das fases do circuito de alimentação do motor Ex “eb”. Nestes casos, devem ser utilizados dispositivos de proteção térmica ou disjuntores que possuam a característica de proteção contra falta de fase.

Em geral, motores elétricos com tipo de proteção Ex “e” podem ser utilizados somente em regimes de carga com operação contínua (regime S1 de acordo com a Norma IEC 60034-1) e para casos de partidas não frequentes, de forma a evitar a elevação de temperatura durante os períodos de partida a valores que excedam as temperaturas limites permissíveis.

A seguir são indicadas algumas das principais características de motores com o tipo de proteção Ex “eb”:

• sem ocorrência de centelhas ou arcos em operação normal ou anormal especificada;
• componentes condutores dimensionados para não apresentar pontos quentes que excedam as classes de temperatura (“T” Ratings);
• maiores distâncias de isolação e de escoamento, quando comparados com os equipamentos industriais “comuns” (para instalação em áreas não classificadas);
• projeto especial dos terminais, provendo proteção contra afrouxamento próprio e pressão de contato adequada ao fio condutor;
• Distâncias mínimas de entreferro para evitar roçamento entre estator e rotor, em caso de falha do mancal.

Ensaios típicos para equipamentos com tipo de proteção por segurança aumentada (ABNT NBR IEC 60079-7)

• Ensaio de envelhecimento térmico
• Resistência de impacto mecânico
• Grau de proteção de invólucros (Código IP)
• Elevação de temperatura
• Rigidez dielétrica
• Estabilidade térmica para materiais isolantes
• Verificação dimensional do entreferro para máquinas elétricas girantes
• Medição do tempo “tE” para motores elétricos, em condição de rotor bloqueado
• Avaliação de CTI para materiais isolantes
• Avaliação de terminais com geometria que evite o auto afrouxamento

Exemplos de equipamentos com tipo de proteção por segurança aumentada Ex “eb” / Ex “ec”

Motores de indução trifásicos com rotor em gaiola de esquilo

• Transformadores de potência
• Transformadores de corrente (eletromagnéticos e com bobina de Rogowski) e transformadores de tensão
• Instrumentos de medição
• Luminárias
• Caixas de junção e de conexão
• Caixas de compartimento de terminais para todos os equipamentos elétricos
• Invólucros de equipamentos e painéis elétricos, eletrônicos e de instrumentação