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1. CONCEITOS SOBRE REAS CLASSIFICADAS

Conceituada como aquela na qual uma atmosfera explosiva de gs est presente ou provvel a sua ocorrncia a ponto de exigir precaues especiais para a construo, instalao e utilizao de equipamento eltrico. A classificao de reas regida pela norma internacional IEC60079.10[1] O objetivo de prover os equipamentos eltricos a serem instalados nestes locais de um tipo especfico de proteo o de eliminar ou isolar a fonte de ignio, evitando a ocorrncia simultnea de um dos trs componentes (que formam o tringulo do fogo), necessrios para que ocorra a exploso, ou seja, o combustvel, o oxignio ou a fonte de ignio.

Figura 1 - Tringulo de Fogo[2] Conseqentemente, classificar uma rea significa elaborar um mapa de classificao de rea que define, entre outras coisas, o volume de risco dentro do qual pode ocorrer a mistura inflamvel.

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1.1 REAS CLASSIFICADAS INTERNACIONAL

CONFORME

NORMA

BRASILEIRA

E

A partir do momento em que o Brasil passou a adotar a normalizao internacional, assumimos no ambiente industrial a parte conceitual e de terminologia que praticada internacionalmente e que difere bastante da americana at ento praticada, conforme veremos a seguir. Em vez de classificar ambientes em classes (conforme a norma americana que se refere s substncias inflamveis no local), a norma internacional fala de Grupos (porm referidos aos equipamentos eltricos). Ou seja: a) Grupo I so equipamentos fabricados para operar em minerao subterrnea; b) Grupo II so equipamentos fabricados para operao em outras indstrias (indstria de superfcie), sendo subdividido, conforme as caractersticas das substncias inflamveis envolvidas, em IIA, IIB e IIC. As subdivises em IIA, IIB e IIC seguem o mesmo principio da normalizao americana, isto , esta ordem tambm indica uma gradao de periculosidade da substncia, do ponto de vista do comportamento durante uma exploso. A diferena est no fato de que a ordem inversa do NEC[VII] alm de serem apenas trs grupos de substncias, ao invs de quatro. As substncias e os seus respectivos grupos esto definidos assim: a) Grupo IIA Atmosfera contendo as mesmas substncias do grupo D (propano) do NEC[VII] art.500, exceto pela incluso de acetaldedo e monxido de carbono (estes pertencentes ao Grupo C do NEC[VII]);

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b) Grupo IIB Atmosfera contendo as mesmas substncias do Grupo C (etileno) do NEC[VII] art.500, exceto pela incluso de acrolena; c) Grupo IIC Atmosfera contendo as mesmas substncias dos grupos A (acetileno) e B (hidrognio) do NEC[VII] Art. 500. Tabela 1 Classificao de reas [3] GS [I] [V] API[II] / NEC[VII] Representativo do ANBT / IEC Art.500 Grupo Propano Grupo II A Grupo D Etileno Hidrognio Acetileno Grupo II B Grupo II C Grupo II C Grupo C Grupo B Grupo A

1.2 O CONCEITO DE ZONA A denominao adotada pela norma brasileira/internacional para designar o grau de risco encontrado no local ZONA em lugar do termo DIVISO prescrito na tecnologia americana. Assim so definidas trs tipos de ZONAS, a saber: a) ZONA 0 - local onde a ocorrncia de mistura inflamvel/explosiva contnua, ou existe por longos perodos; b) ZONA 1 - local onde a ocorrncia de mistura inflamvel/explosiva provvel de acontecer em condies normais e operao do equipamento de processo; c) ZONA 2 - local onde a ocorrncia de mistura inflamvel explosiva pouco provvel e acontecer e se acontecer por curtos perodos.

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Figura 2 - Classificao de reas em Refinarias[2] Pelas definies acima temos: a) ZONA 1 - correspondendo a Diviso 1; b) ZONA 2 - correspondendo a Diviso O conceito denominado ZONA 0, no tem equivalente na designao americana e oriundo da normalizao europia, significando os ambientes internos a equipamentos de processo e que tenham comunicao com o meio externo, formando mistura inflamvel/explosiva todo o tempo. Como exemplo , a parte situada acima da superfcie do lquido inflamvel e interna a um tanque de armazenamento, onde existe uma altssima probabilidade de formao de mistura inflamvel/explosiva durante praticamente todo o tempo. So reas restritas a partes internas de equipamentos de processo.

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Figura 3 - Classificao de Zonas[2] Temos no Brasil um nmero muito grande de indstrias de processo que ainda adotam a tecnologia americana por fora de origem de seus projetos. A internacionalizao da economia, e o desenvolvimento de programas de produtividade e qualidade industrial esto trazendo novos desafios, exigindo uma reavaliao dos nossos mtodos e tcnicas at hoje empregados. A adoo de uma tecnologia internacional possibilita uma maior aproximao com os pases desenvolvidos e o aproveitamento de solues tcnicas muito evoludas, tanto do ponto de vista econmico, quanto do ponto de vista de segurana. Os mtodos de instalao previstos pela normalizao internacional IEC60079-14[4] incluem tambm a prtica americana, uma vez que o objetivo do organismo de normalizao internacional equalizar no restringir a tecnologia que adotada pelos pases membros. Portanto a norma IEC[V] oferece vrias alternativas para a escolha do usurio.

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O documento que define a forma de aplicao dos equipamentos eltricos nas reas classificadas o NEC[VII], que estabelece os requisitos que devem ser obedecidos quando da construo e montagem desses equipamentos.

1.3 EQUIPAMENTOS CLASSIFICADAS

ELTRICOS

PERMITIDOS

EM

REAS

Equipamentos eltricos ou outros equipamentos que possam constituir-se numa fonte de ignio no devem ser instalados em reas Classificadas, a menos que seja estritamente essencial sua instalao neste local, para a operao. Os equipamentos e dispositivos eltricos devem possuir caractersticas inerentes que os capacitem a operar em reas Classificadas, com o mnimo risco a causarem inflamao do ambiente onde esto instalados. Para isso so utilizadas diversas tcnicas construtivas que so aplicadas de forma a reduzir o risco de exploso ou incndio provocado pela sua operao. A figura vem ilustrar uma das tcnicas utilizada quando se pretende obter uma proteo no centelhante.

Figura 4 - Tipo de Proteo[2]

1.4 MTODOS DE PREVENO Existem vrios mtodos de preveno que permitem a instalao de equipamentos eltricos geradores de fascas eltricas e temperaturas de superfcies capazes de detonar a Atmosfera Potencialmente Explosiva de uma

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rea Classificada. Estes mtodos de proteo baseiam-se em um dos princpios: a) Confinamento da exploso (figura 6): Mtodo que evita a detonao da atmosfera explosiva confinando a exploso em um compartimento capaz de resistir a presso desenvolvida durante uma possvel exploso, no permitindo a propagao para as reas vizinhas (Exemplo: equipamento prova de exploso); b) Segregao de fasca (figura 4): Mtodo que visa separar fisicamente a atmosfera potencialmente explosiva da rea Classificada da fonte de ignio. (Exemplo: equipamentos pressurizados, imersos ou encapsulados); c) Preveno (figura 5): Mtodo que controla a fonte de ignio de forma a no possuir energia eltrica e trmica suficiente para detonar a atmosfera explosiva da rea Classificada. (Exemplo: equipamentos intrinsecamente seguros).

Figura 5 - Segurana Intrnseca[2] 1.5 TIPOS DE PROTEO DE EQUIPAMENTOS PARA USO EM REAS CLASSIFICADAS Os tipos de proteo para equipamentos Ex, conforme a IEC[V] e ABNT[I] a simbologia associada, definio e Normas aplicveis esto relacionadas na tabela abaixo:

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Tabela 2 - Tipos de Proteo Segundo a Norma IEC[V][3] Smbolo Tipo e Proteo IEC / ABNT prova de exploso Ex-d Capaz de suportar exploso interna sem permitir que IEC 60079.1[5] essa exploso se propague para o meio externo Invlucros presso Pressurizado presena inflamvel com presso de IEC 60079.2[7] (NBR 5420[8]) positiva interna, superior atmosfrica, de ao modo que se no houver Ex-p mistura redor do (NBR 5363[6]) Definio Normas IEC / ABNT

equipamento esta no entre em contato com partes que possam ignio. Imerso em leo Imerso em areia1

causar

uma IEC 60079.6[9]

Ex-o2

As

partes

que

podem

(NBR 8601[10]) IEC 60079.5[11] IEC 60079.18[12] -

Ex-q Ex-m

causar centelhas ou alta temperatura se situam em um meio Isolante.

imerso em resina2

1 2

No aceito pelas classificadoras em virtude da inflamabilidade do leo Isolante. No comumente utilizado - tecnologia antiga

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Tabela 3 Tipos de Proteo Segundo a Norma IEC[V][3] Smbolo Tipo e Proteo IEC / ABNT Medidas Segurana aumentada Ex-e equipamentos condies operao no construtivas que em IEC 60079.7[13] de adicionais so aplicadas a normais Definio Normas IEC / ABNT

produzem (NBR 9883[14])

arcos, centelhas ou altas temperaturas Dispositivo ou circuito que em condies normais ou Segurana intrnseca Ex-ib Ex-ia anormais (curto-circuito, etc.) de operao no possui energia suficiente para inflamar a atmosfera explosiva. Especial Ex-s Usado para casos ainda no previstos em norma. IEC 60079.11[15] (NBR 8447[16])

Ateno: Equipamentos Ex construdos e certificados para uso em Zona 1, como por exemplo os de tipo Prova de Exploso (Ex-d), podem ser utilizados em Zona 2, porm ao contrrio no vlido, ou seja, equipamentos certificados para Zona 2, como os do tipo no-acendvel (Ex-n), no podem ser utilizados em Zona 1, pois so de concepo mais simples (requisitos construtivos menos rigorosos que os adotados para Zona 1).

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Nota: Dentro os diversos tipos de proteo existentes, os nicos que dependem do grupo de Gs so os Ex-d e o Ex-i. Portanto quando se especificar qualquer um destes tipos de proteo deve-se citar tambm o grupo de gs para o qual eles devem atender e a classe de temperatura.

Figura 6 - Prova de Exploso[2]

1.6 TEMPERATURA MXIMA DE SUPERFCIE A mais alta temperatura que atingida (tabela 3) em servio, sob as mais adversas condies (porm dentro das tolerncias) por qualquer parte ou superfcie de um equipamento eltrico que seja capaz de provocar a ignio de uma atmosfera inflamvel dentro da rea Classificada ao redor do equipamento. Nota: As mais adversas condies incluem sobrecargas ou defeitos previstos na respectiva norma para o tipo de proteo.

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Tabela 4 - Temperaturas Mximas de Superfcie do Equipamento[3] Mxima Temperatura Classes Temperatura de de de Ignio do Superfcie do Temperatura Material Combustvel Equipamento T1 T2 T3 T4 T5 T6 450 C 300 C 200 C 135 C 100 C 85 C > 450 C > 300 C > 200 C > 135 C > 100 C > 85 C

1.7 CLASSIFICAO EM GRUPOS Na classificao agrupa os diversos materiais pelo grau de periculosidade que proporcionam, conforme a normalizao IEC[V] Tabela 5 - Classificao em Grupos[3] Grupos Grupo I Grupo II Descrio Ocorre em minas onde prevalece o gs da famlia do metano (grisu) e poeiras de carvo. Ocorre em indstrias de superfcie (qumicas, petroqumicas, farmacuticas, etc.), subdividindo-se em IIA, IIB e IIC Grupo IIA Ocorre em atmosferas explosivas, onde prevalece os gases da famlia do propano (plataformas de perfurao e produo) Grupo IIB Grupo IIC Ocorre em atmosferas explosivas, onde prevalece os gases da famlia do etileno Ocorre em atmosferas explosivas, onde prevalece os gases da famlia do hidrognio (incluindo acetileno)

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Nota:

O Grupo de maior periculosidade o Grupo IIC, seguido pelos

Grupos IIB e IIA, nesta ordem. Conseqentemente, se um equipamento projetado para o grupo IIB, poder tambm ser instalado em locais com possibilidade de ocorrncia de gases do Grupo IIA, mas nunca em locais com gases do Grupo IIC.

Figura 7 Mapa da Classificao de reas do Parque de Esferas de GLP[2] O mapa da figura 7 apresenta o parque das esferas, local onde armazenado o GLP - Gs Liquefeito de Petrleo. A regio com hachura maior representa o espao fsico destas esferas (definido como ZONA 2), trata-se de uma regio em cu aberto, possui ventilao natural. Caso ocorra vazamento, a regio com hachura menor, (local das canaletas e/ou piscinas) concentrar volume maior de GLP, classificando a

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rea como ZONA 1. O GLP, possui peso especfico maior do que o ar e como as vlvulas nas tubulaes de gs no so estanque, toda a regio fica classificada como ZONA 1. 1.8 CONSIDERAES SOBRE AS REAS CLASSIFICADAS Os equipamentos eltricos por sua prpria natureza podem se constituir em fonte de ignio quando operando em uma atmosfera explosiva (rea Classificada). Essa fonte de ignio pode ser ocasionada pelo centelhamento normal devido a abertura e fechamento de seus contatos, ou por apresentar temperatura elevada, esta podendo ser intencional (para atender a uma funo prpria do equipamento) ou provocada por correntes de defeito (curto-circuito). A energia necessria para causar a inflamao de uma atmosfera explosiva , em geral, muito pequena. A quantidade de energia eltrica usual na indstria para fins de acionamento de mquinas, iluminao, controle, automao, etc. muitas vezes superior ao mnimo necessrio para provocar incndios ou exploses. Com isso, a soluo prover meios para que a instalao eltrica (indispensvel na indstria) possa cumprir com o seu papel sem se constituir num risco elevado para a segurana. Foi necessrio ento, o desenvolvimento de tcnicas de proteo de modo que a fabricao dos equipamentos eltricos, sua montagem e manuteno fossem feitos segundo critrios bem definidos (normas tcnicas) que garantam um nvel de segurana aceitvel para as instalaes. Foram tambm estabelecidas regras que permitem ao usurio elaborar um desenho, chamado de mapa da Classificao de reas que representa uma avaliao do grau de risco de presena de substncia inflamvel da sua unidade industrial.

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Assim uma instalao eltrica em indstrias que processam, manuseiam e/ou armazenam produtos inflamveis somente ser considerada com nvel de segurana adequado se forem atendidos os requisitos que esto expressos em normas tcnicas especficas (tabela2). Lembrando que as medidas construtivas que so aplicadas aos equipamentos eltricos para que os mesmos possam operar em atmosfera potencialmente explosiva, a sua maioria, so baseadas na quebra do ciclo da exploso (figura1).

1.9 CONCEITOS

importante fixarmos os conceitos de certos termos. So eles:

1.9.1 Aterramento[17]

Aterramento eltrico consiste em uma ligao eltrica proposital de um sistema fsico (eltrico, eletrnico ou corpos metlicos) ao solo. Sua funo principal sempre associada proteo das pessoas e dos equipamentos e constitui-se basicamente de trs componentes: a) As conexes eltricas que ligam um ponto do sistema aos eletrodos; b) Eletrodos de aterramento (qualquer corpo metlico colocado no solo); c) Terra que envolve os eletrodos. Nas instalaes eltricas, so considerados dois tipos de aterramento[25]: a) O aterramento funcional que consiste na ligao terra de um dos condutores do sistema, geralmente o neutro, e est relacionado com o funcionamento correto, seguro e confivel da instalao;

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b) O aterramento de proteo que consiste na ligao terra das massas e dos elementos condutores, estranhos instalao, visando proteo contra choques eltricos.

1.9.2 Baixa Tenso[21]

Trata-se de todas as instalaes eltricas alimentadas sob uma tenso nominal igual ou inferior a 1.000 Volts em corrente alternada com freqncias inferiores a 400 Hz ou 1.500 Volts em corrente contnua.

1.9.3 Blindagens[18]

A blindagem um recurso utilizado para minimizar

interferncias,

necessitando de aterramento para estabelecer um potencial em torno de zero na blindagem ou para proporcionar um caminho externo para as correntes induzidas. Sua principal finalidade confinar o campo eltrico ou magntico atravs de uma camada de material semicondutor ou condutor.

1.9.3.1 Eletrosttica

Este tipo de blindagem visa anular ou diminuir a intensidade de campos eltricos estticos ou quase estticos ser blindado. Uma blindagem eletrosttica estabelece uma barreira condutora (provocados por cargas eltricas existentes em zonas do outro lado da blindagem) em um determinado espao a

suficientemente contnua onde so induzidas as cargas eltricas resultantes

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dos campos eltricos circundantes, que sem a blindagem seriam induzidas nos elementos que pretendemos proteger. A blindagem eletrosttica est aterrada e tem por finalidade fsica anular ou diminuir a capacitncia entre os elementos condutores existentes de um outro lado da blindagem, (substituindo essa capacitncia mtua por capacitncias terra, considerada como referncia estvel de tenso). As capacitncias da blindagem relativamente aos elementos circundantes, so exclusivamente funo das disposies respectivas. desde que a tenso da blindagem permanea invariante, (por aterramento e dimensionamento adequado) a variaes de campo eltrico de um lado no interferem nos elementos do outro lado. Como as cargas induzidas na blindagem so funo da capacitncia relativamente aos condutores vizinhos e das tenses envolvidas, as correntes a escoar terra pela blindagem so em geral muito limitadas e em conseqncia as blindagens eletrostticas podem ser to delgadas quanto praticvel. A freqncia das oscilaes de campo eltrico deve permanecer no domnio quase estacionrio.

1.9.3.2 Magnetosttica

A blindagem magnetosttica visa diminuir a induo magntica, (devida a fluxos magnticos do outro lado da blindagem) em um determinado espao a ser blindado. Ela estabelece uma barreira de permeabilidade elevada onde se concentram preferencialmente as linhas de fora de induo magntica devidas ao campo magntico existente no espao do outro lado da blindagem.

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Assim o valor da induo magntica no espao a blindar resulta inferior ao que seria sem a blindagem. A eficcia da blindagem magnetosttica depende da geometria, da permeabilidade e da espessura da blindagem.

1.9.3.3 Eletromagntica

Este tipo de blindagem visa anular ou diminuir a energia de campos magnticos (causados por ondas eletromagnticas e ou fenmenos transitrios de muito curta durao), que atinjam o espao a ser blindado. Ela estabelece uma barreira onde se dissipa progressivamente a energia de uma onda eletromagntica que a atinge, protegendo os elementos do outro lado, dos efeitos dessa radiao de energia. Interessa salientar que a blindagem eletromagntica pode servir tambm como blindagem eletrosttica, poder servir (segundo a permeabilidade) como blindagem magnetosttica. Cabe ressaltar que uma blindagem para umas ondas de elevada freqncia poder ser construda de material no formalmente condutor, (com perdas para a freqncia em causa), como solo, gua do mar etc. A eficcia de uma blindagem eletromagntica depende da profundidade de penetrao do fenmeno eletromagntico no material da blindagem, da geometria e permeabilidade da blindagem e tambm da durao do fenmeno perturbador, se trata de pulsos (transitrios extremamente rpidos).

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1.9.4 Curto-Circuito Fase-Terra[19]

Este tipo de curto-circuito, tambm conhecido como curto franco, em redes eltricas provoca o desbalanceamento do sistema trifsico, sobrecarga nos equipamentos e cabos de rede, comprometendo a segurana da rede eltrica e das pessoas. Para que seja desenergizado o trecho da rede afetada necessrio que a corrente que circula pelo curto-circuito seja superior ao valor de operao dos disjuntores e fusveis de proteo. O aterramento do neutro dos transformadores possibilitando a operao da proteo. e massas metlicas

fornece um caminho de baixa impedncia para esta corrente de curto

1.9.5 Dispositivo Eltrico Equipamento ou componente que d passagem corrente eltrica, praticamente sem utilizar a energia eltrica que por ele transita. o caso, por exemplo, de chaves, fusveis, interruptores. 1.9.5.1 Dispositivo a Corrente Diferencial-Residual[22] Os dispositivos corrente-diferencial, abreviadamente dispositivos DR, constituem-se no meio mais eficaz de proteo de pessoas (e de animais domsticos) contra choques eltricos, sendo largamente utilizados hoje em quase todos os pases do mundo. o nico meio ativo de proteo contra contatos diretos e, na grande maioria dos casos, o meio mais adequado para proteo contra contatos indiretos. Por outro lado podem exercer a proteo contra incndios e tambm constituir-se em vigilantes da qualidade da instalao.

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1.9.6 Efeito Corona[17] Quando o gradiente na superfcie do condutor supera a rigidez dieltrica do ar em torno de 30 kV/cm origina-se descarga saindo do condutor e perfurando os primeiros centmetros da camada de ar. Esse fenmeno representa a perda de energia nas linhas de transmisso e as descargas do origem a um rudo caracterstico em uma faixa ampla de freqncias desde as mais baixas - rudo caracterstico at as mais altas interferncia nas comunicaes de rdio, televiso, radar. Estas conseqncias que so muito importantes para as linhas de transmisso no apresentam problemas para sistemas de proteo aqui tratados. No entanto possvel que a energia liberada nessas descargas venha a causar inflamao nas reas classificadas. Por esta razo, os condutores de descida dos SPDA Sistema de Proteo Contra Descargas Atmosfricas no devem atravessar Classificadas. As excees s devero ser admitidas aps reas um

dimensionamento dos condutores que evitem a formao dessas descargas. Este assunto precisa ainda ser mais pesquisado para haver uma base cientfica para se conseguir mais segurana. 1.9.7 Equipamento Eltrico Cada uma das partes constituintes com que se realiza materialmente o esquema de uma instalao eltrica, distintas entre si e essenciais ao funcionamento da instalao.

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Nesse termo no so includas as estruturas de suporte, os isoladores e os condutores de ligao. 1.9.8 Normas Tcnicas As normas tcnicas podem ser colocadas em ordem de nvel de abrangncia, observe que no se trata de nvel de importncia. A norma tcnica de menor abrangncia a de nvel de empresa pelo fato de s cuidar das atividades fim da empresa. J em um nvel maior so as normas tcnicas nacional, vlida para o pas e s considerada, quando emitida por um organismo reconhecido, no caso do Brasil a ABNT - Associao Brasileira de Normas Tcnicas. As normas tcnicas estrangeiras (norma tcnica nacional, porm de outro pas Ex: NEC (National Electrical Code) possuem nvel de abrangncia maior do que as brasileiras. Com abrangncia ainda maior so as normas tcnicas regionais, elaborada para atender determinados grupos de pases como o Mercosul. Isso evita que haja barreiras tcnicas entre os pases que fazem parte do mesmo grupo econmico. O nvel de topo entre as normas so as internacionais, possuem maior nvel de abrangncia. Elaborada com a finalidade e harmonizar a tecnologia do mundo, representam a linguagem universal. Todas as normas so orientadas para se basear nas normas tcnicas internacionais. Os assuntos especficos de eletricidade e eletrnica so tratados pela IEC (International Electrotechnical Commission).

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1.9.9 Segurana contra Choques Eltricos[19]

Instalaes eltricas em geral apresentam materiais metlicos no energizados como meio de evitar contato das pessoas com partes energizadas, tais como barramentos de quadros eltricos, interior de equipamentos. Contudo se houver uma falha no isolamento destes sistemas os usurios estaro sujeitos a choques eltricos com o conseqente risco para as pessoas. O aterramento utilizado para assegurar que o potencial das partes metlicas aterradas fique sempre abaixo do nvel dos potenciais perigosos, garantindo assim a proteo das pessoas.

1.9.10 Surtos [17]

Trata-se de uma perturbao anormal da corrente ou tenso normalmente esperada em um sistema. So causadas por manobras na rede, descargas atmosfricas, interferncias eletromagnticas e outros.O controle dos surtos dentro de um sistema eltrico obtido atravs de filtros protetores contra sobretenses, tais como pra-raios de linha, supressores, capacitores. Os modernos equipamentos eletrnicos possuem linhas de comunicao de dados com outros equipamentos sujeitos a surtos. O aterramento essencial para a correta operao dos protetores contra sobretenses instalados em redes de alta e baixa tenso, pois estes dispositivos drenam as correntes dos surtos para a terra, funcionando como uma vlvula de escape para as correntes geradas pelas sobretenses.

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1.9.11 Terra de Plataforma [20] Para efeito geral, a massa de casco metlico da embarcao ou estrutura metlica de qualquer plataforma fixa. A estrutura contnua de mdulo que so montados e soldados, tendo uma conexo permanente estrutura principal, jaqueta, considerada terra. Mdulos de perfurao e outras partes que no sejam soldadas estrutura metlica principal, dever ser provida de ligao malha de aterramento, para torn-los equipotencial a terra.

1.10 CONDIES ESPECFICAS DA PRTICA DO ATERRAMENTO

Condies Especficas so definidas como condies essenciais para que seja dado suporte ao assunto em questo. O Solo, o Aterramento, o Sistema de Aterramento e a Segurana atravs da proteo com o uso do Dispositivo Diferencial Residual (DR) sero apresentados em suas condies essenciais. 1.10.1 O Solo Considerado como um condutor atravs da qual a corrente eltrica pode fluir, difundindo-se em funo da resistividade com resistividade na faixa de 50 100.m (ohm.metro) considerado como bom condutor (exemplo: solos alagadios, lodos, hmus, argilas). Acima deste valor um condutor razovel. Atravs do tratamento qumico podemos fazer com que venha a conservar as caractersticas de um bom condutor.

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1.10.2 O Aterramento Definido no sub-tem 1.10.1. 1.10.3 O Sistema de Aterramento Conjunto de condutores, cabos, hastes e conectores interligados, circundados por um elemento que dissipe para aterra a correntes que sejam impostas a esse sistema; de tal forma que garanta as condies de segurana pessoal nas proximidades e dentro do local instalado. Alm disso o aterramento garante tambm a proteo dos equipamentos do local. Em termos de segurana, devem ser aterradas todas as partes metlicas que possam eventualmente ter contato com partes energizadas. Assim, um contato acidental de uma parte energizada com a massa metlica estabelecer um curto-circuito, provocando a atuao da proteo e interrompendo a ligao do circuito energizado a massa. Existem vrias maneiras para aterrar um sistema eltrico, que vo desde uma simples haste, passando por placas de formas e tamanhos diversos, chegando as mais complicadas configuraes de cabos enterrados no solo. Os diversos tipos de sistemas de aterramento devem ser realizados de modo a garantir a melhor ligao com a terra. Os tipos principais so: a) uma simples haste cravada ao solo; b) hastes alinhadas; c) hastes em tringulo; d) hastes em quadrado; e) hastes em circulo; f) placas de material condutor enterrado no solo; g) fios ou cabos enterrados no solo, formando diversas configuraes, tais como estendido em vala comum, em cruz, em estrela, quadriculados formando uma malha de terra.

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1.10.4 A Segurana pela Proteo DR O Dispositivo Diferencial Residual (DR), detecta a soma fasorial das correntes que percorrem os condutores vivos de um circuito, num determinado ponto do circuito, isto a corrente diferencial-residual (IDR) no ponto considerado, e provoca a interrupo do circuito, quando IDR ultrapassa um valor preestabelecido, chamado de corrente diferencial-residual nominal de atuao (IN). Teoricamente, num circuito normal, a soma fasorial das correntes que percorrem os condutores vivos, mesmo que haja um desiquilbrio de correntes (circuito trifsico desequilibrado) igual a zero (1a lei de Kirchhoff), ou seja, a corrente diferencial-residual nula. Na prtica no existe nenhum circuito absulutamente normal, os equipamentos de utilizao e as linhas eltricas sempre apresentam correntes de fuga consideradas normais. So estas correntes e as eventuais correntes de falta fase-massa que o dispositivo DR detecta. A norma estabelece que para a proteo de pessoas, o DR deve atuar em uma corrente de 30 mA (miliamperes), que o tipo mais comum encontrado no mercado. Existem outras capacidades (100 mA e 300 mA), porm no servem para proteo pessoal. A norma NBR 5410[21] em sua ltima verso (1997) no obriga a utilizao destes dispositivos nas instalaes e equipamentos. Seu uso uma opo de projeto. Podemos classificar os DRs em trs apectos: Tipo de falta detectvel; Fonte auxiliar e Curvas de atuao. a) Tipo de falta detectvel: Esse parmetro determina o modo de funcionamento do DR. Atualmente podemos encontrar trs tipos: a.1) Tipo AD: Sensvel apenas a corrente alternada, isto , o disparo garantido apenas para correntes difereciais senoidais; a.2) Tipo A: Sensvel a corrente alternada e a corrente contnua pulsante;

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a.3) Tipo B: Sensvel a corrente alternada, a corrente contnua pulsante e a corrente contnua pura. Esse tipo o mais moderno do mercado. b) Fonte auxiliar: Os DRs podem ser construdos de duas formas: b.1) Funcionamento direto, ou seja, sem a necessidade de energia auxiliar; b.2) Funcionamento eletrnico, isot , com a necessidade de energia (fonte de alimentao) auxiliar. A fonte pode ser a prpria rede eltrica. c) Curvas de atuao: Existem duas curvas possveis de atuao para os DRs a curva G e S. Para o tipo G, a normalizao s especifica limites mximos, isto , o tempo mximo em que o dispositivo deve efetivar o desligamento do circuito protegido. J o tipo S, deve obedecer tambm a tempos mnimos de no-atuao. Essa caracterstica a razo do nome desse tipo de DR (S de seletivo), visto que ele atua aps decorrido um certo tempo.

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PRTICA DOS DIFERENTES ESQUEMAS DE ATERRAMENTO EM BAIXA TENSO[22] O aterramento deve assegurar, de modo eficaz, as necessidades de

segurana e de funcionamento de uma instalao eltrica, constituindo-se num dos pontos mais importantes de seu projeto e de sua montagem. O aterramento de proteo consiste na ligao terra das massas dos elementos condutores estranhos instalao, tem por objetivo limitar o potencial entre as massas, entre massas e elementos condutores estranhos instalao e entre ambos e a terra a um valor suficientemente seguro sob condies normais e anormais de funcionamento, alm de proporcionar s correntes de falta para a terra um caminho de retorno de baixa impedncia.

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O aterramento funcional, isto , a ligao terra de um dos condutores vivos do sistema (o neutro em geral), proporciona principalmente a definio e estabilizao da tenso da instalao em relao terra durante o funcionamento; limitao de sobretenses devidas as manobras, descargas atmosfricas e a contatos acidentais com linha de tenso mais elevada. Quanto ao aterramento funcional, os sistemas podem ser classificados em diretamente aterrados (TN); aterrados atravs de impedncia e os no aterrados (IT). A classificao dos diferentes tipos de aterramento so apresentados na NBR-5410[21] como: TN-S, TN-C, TN-C-S, TT e IT. A Primeira Letra - Especifica a situao da alimentao em relao a terra. T - A alimentao do lado da fonte tem um ponto solidamente aterrado; I - Isolao de todas as partes vivas da fonte de alimentao em relao terra.

A Segunda Letra Especifica a situao das massas em relao terra. T - Massa aterrada com terra prprio independente da fonte; N - Massa ligada ao ponto aterrado da fonte; I - Massa isolada, no aterrada. A Terceira Letra Forma de ligao do aterramento da massa do equipamento, usando o sistema de aterramento da fonte. S - Separado, o aterramento da massa e feito por um fio (PE), distinto do neutro; C - Comum, o aterramento da massa do equipamento feito usando o fio neutro (PEN).

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Em locais onde h risco de incndio e exploso o esquema TN-C proibido e o sistema TN-S (Figura 8), adotado. A proteo por Dispositivo Diferencial Residual (DR) de sensibilidade 500 miliampres (mA) na origem do circuito que supre os locais de risco torna-se obrigatrio em alguns pases.

Figura 8 - Esquema de Aterramento TN-S[18]

2.1 ESQUEMA TN-S Os condutores de proteo e neutro so separados. Em sistemas com cabo enterrado onde exista uma capa de proteo de chumbo, o condutor de proteo geralmente a capa de chumbo. O uso de condutores separados PE (proteo) e N (neutro) obrigatrio para circuitos de seo inferior a 10 mm2 para cobre e 16 mm2 para alumnio e em equipamentos mveis. Os esquemas TN-C e TN-S podem ser usados na mesma instalao (TN-C-S). Neste esquema TN-C-S, o esquema TN-C no deve ser usado jusante do sistema TN-S. O ponto em que o condutor PE se separa do condutor PEN geralmente na origem da instalao.

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Figura 9 - Esquema de Aterramento TN-C[18]

2.2 ESQUEMA IT Caso seja utilizado um sistema eltrico com a caracterstica do tipo IT, ou seja, com neutro isolado do terra ou aterrado atravs de impedncia, deve ser utilizado um dispositivo supervisor de isolamento, para indicar a primeira falta terra. Uma instalao em ZONA 1, deve ser desligada instantaneamente, no caso de uma primeira falta terra, ou pelo dispositivo de superviso da isolao ou ento pelo dispositivo de proteo s correntes residuais. Outra importante diretriz que, quando for utilizado cabo armado e a armao servir como condutor de proteo, seu dimensionamento deve estar de acordo com a NBR 5410 [21] .

Figura 10 - Esquema de Aterramento IT[18]

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2.3 ATERRAMENTO DE SEGURANA A norma NBR 5410[21] estabelece que toda a parte no condutora de uma instalao deve ser aterrada individualmente sistema TT ou atravs de um condutor de proteo aterrado (se o condutor de proteo utilizado for o neutro (PEN), o sistema dito TN-C se o condutor de proteo for separado do neutro mas aterrado no mesmo ponto (PE) o sistema dito TN-S. Quando o indivduo toca uma massa no aterrada ou aterrada sob uma impedncia elevada, como no caso do motor da figura apresentada fica submetido a uma tenso de toque e a uma corrente de choque cujos valores so muitas vezes capazes de lev-lo morte.

Figura 11 - Motor Aterrado Sob uma Impedncia Ztm[23] Esta prtica de aterramento refere-se ao esquema TT. Podemos observar que quando um indivduo toca uma massa no aterrada ou aterrada sob uma impedncia elevada, como no caso do motor da figura 11, fica submetido a uma tenso de toque e a uma corrente de choque cujos valores so muitas vezes capazes de lev-lo morte.

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Figura 12 - Motor Aterrado Atravs do Condutor de Proteo[23] Esta prtica de aterramento refere-se ao esquema TN-S. Podemos abservar (figura 12) de que o CCM e o motor esto aterrados atravs de um condutor de proteo (PE). Caso ocorra uma falta fase-massa a corrente ir preferir o caminho de menor impedncia, nesta condio a preferncia ser o condutor PE.

2.4 CONSIDERAES DA PRTICA DO ATERRAMENTO Quando a corrente de falta terra restrita devido a uma impedncia inevitavelmente alta, de modo que a proteo de sobrecorrente no pode ser baseada no disparo do disjuntor do circuito dentro do tempo prescrito, as seguintes possibilidades devem ser consideradas: a) Sugesto 1 Instalar disjuntor que tenha um disparo magntico instantneo com um nvel de operao menor que o ajuste usual. Isto proporciona proteo para pessoas em circuitos que so normalmente longos. Precisa ser verificado se altas correntes transitrias tais como as de partida de motores no iro causar desligamentos indesejados.

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b) Sugesto 2 Instalar Dispositivo Diferencial Residual (DR) no circuito. O dispositivo no precisa ser de alta sensibilidade (HS). Quando so envolvidas tomadas os circuitos precisam ser protegidos por DR de alta sensibilidade (HS) ( 30 mA); geralmente utiliza-se um para cada tomada em um circuito comum. c) Sugesto 3 Aumentar a bitola dos condutores PE ou PEN ou condutores de fase, para reduzir a impedncia do lao. d) Sugesto 4 Adicionar condutores equipotenciais suplementares. Isto ter um efeito similar ao da sugesto 3, uma reduo na resistncia do lao de falta terra, enquanto que ao mesmo tempo melhora as medidas existentes de proteo contra tenses de toque. A eficincia desta melhoria pode ser verificada pelo teste da resistncia entre cada parte condutora exposta e o condutor de proteo principal. Dos esquemas de aterramento apresentado o praticado em reas Classificadas so o TN-S, onde os condutores neutro (N) e de proteo(PE) so separados e o esquema IT que possui somente as massas aterradas (ambos objeto deste estudo). Cada um dever ser analisado e suas particularidades conhecidas para optar por aquele que melhor o atenda. O esquema TN-S pode ser utilizado em instalaes com condutores de qualquer tipo de seo, alm de admitir o uso de Dispositivos a Corrente Diferencial Residual (DR), quer como proteo contra contatos indiretos, quer como proteo complementar contra contatos diretos. No esquema IT no existe o aterramento direto de qualquer ponto da alimentao estando as massas aterradas em um ou mais eletrodos de aterramento (independentes em geral do eletrodo de aterramento eventualmente existente para a alimentao).

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Nele quando da ocorrncia de uma primeira falta fase-massa, a corrente resultante limitada de tal maneira que nenhuma tenso de contato perigosa possa aparecer em qualquer massa da instalao. Essa condio permite evitar o seccionamento automtico decorrente de uma primeira falta, permitindo que o setor atingido continue funcionando. No entanto importante que a falta seja rapidamente localizada e eliminada, do contrrio a instalao ir comportar-se como se o esquema fosse TN ou TT caso ocorra uma segunda falta.

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3 PLATAFORMAS MARTIMAS[24]

Figura 13 - Campo de Produo Martimo Plataformas Martimas so unidades de explorao, perfurao e produo do petrleo subtrado das profundezas do oceano. plataforma dever ser de explorao, perfurao ou produo. Em sua estrutura feita de ao, esto montados vrios equipamentos eltricos e eletrnicos que em conjunto realizam a funo de mant-la operando. O uso do critrio para a prtica da eletricidade feito atravs de procedimentos elaborados a partir das normas tcnicas aplicadas nos ambientes com reas Classificadas. Os profissionais so altamente qualificados e a segurana uma exigncia da Classificadora. A Classificadora uma sociedade, atravs de um consrcio integrado por vrios pases como (Inglaterra, Japo, Estados Unidos, A API[II] no permite a simultaneidade das atividades em uma nica plataforma, ou seja, a

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Alemanha) que estabelecem regras com objetivo de promover a segurana e o seguro patrimonial. O uso das normas internacionais compulsrio. A prtica do aterramento, objeto do nosso estudo, nestes ambientes, exige algumas particularidades que sero apresentadas no decorrer deste captulo, assim como o tratamento da energia eletrosttica e das descargas atmosfricas conforme relacionado abaixo: a) Aterramento de Equipamentos; b) Aterramento de Sistemas Eltricos; c) Eletricidade Esttica; d) Descargas Atmosfricas.

3.1 ATERRAMENTO DE EQUIPAMENTO[20] O aterramento deve limitar a tenso que pode estar presente entre a carcaa metlica de um equipamento com falha de isolamento e a estrutura da plataforma. A corrente deve ser drenada pelo cabo de aterramento ao invs de circular pelo corpo de uma pessoa que possa estar em contato com o equipamento. O aterramento deve fornecer um caminho de baixa resistncia ou baixa impedncia para as correntes de falta (curto-circuito) para a terra. As cargas estticas acumuladas em vasos, tubulaes que manuseiam lquidos inflamveis devem ser escoadas para a estrutura da plataforma quando for o caso, eliminando possveis fontes de ignio. Em superfcies no condutoras, sujeitas a carregamento eletrosttico por atrito, no haver risco de ignio por eletricidade esttica se uma das seguintes condies forem atendidas:

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a) Sua resistncia superficial for superior a 1M (mega ohm); b) Sua rea for menor do que o valor indicado na tabela

Tabela 6 - reas Mximas de Superfcies no Condutoras Isentas de Riscos de Ignio por Carregamento Eletrosttico [3] GRUPOS Zonas 0 1 2 IIA 50 cm2 100 cm2 sem limite IIB 25 cm2 100 cm2 sem limite IIC 4 cm2 20 cm2 sem limite

3.2 EMBARCAES MARTIMAS Segundo o SOLAS[IX] (definido em 3.13.1), item 2.14, no permitida a circulao de altas correntes de defeito pelo casco da embarcao, que podem provocar centelhas com eroso da estrutura podendo culminar em exploso, em caso de arco em suporte metlico na base das bombas, tanque/vaso com leo/gs. Assim todos os circuitos de gerao e distribuio, circuitos de fora e iluminao em navios para transporte de inflamveis, so isolados de terra (item 2.2). Nas primeiras plataformas flutuantes adotou-se de modo geral o sistema de neutro isolado de terra, sistemas isolados, partindo das mesmas regras ento adotadas pelo SOLAS[IX] para navios que manipulam substncias inflamveis e tambm pelas Classificadoras. Sistema com o neutro aterrado por alta resistncia (IT) vem sendo adotado recentemente, com correntes de defeito terra de at 5 Ampres em baixa tenso, e de 10 a 20 Ampres, em mdia tenso, tipicamente.

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3.3 PARTES METLICAS EXPOSTAS NO CONDUTORAS As partes metlicas no destinadas a conduzir correntes eltricas, tais como, invlucros e carcaas de motores, de luminrias fixas ou portteis, painis, oleodutos, bandejas (calhas) de cabos e outros, devero estar aterradas atravs de um contato metlico com a malha de aterramento e o casco da plataforma. Deve haver garantia de uma conexo eltrica efetiva e permanente para evitar o aquecimento, arcos ou centelhas causados por acoplamentos no eficazes ao aterramento, quando da ocorrncia de correntes de defeito. Um efetivo aterramento significa ligar diretamente (galvanicamente) a carcaa dos equipamentos ao casco metlico da plataforma, eliminando o risco de centelhamento e de choque eltrico. Quando for assegurado um contato metlico adequado entre as carcaas, e tais equipamentos e a estrutura do casco, seja atravs de solda, fixao por parafuso ou rebite, com raspagem da pintura, ou com o uso da arruela dentada fica dispensado o uso de cabo de aterramento dedicado para o equipamento. A medio da resistncia de contato entre carcaa de um equipamento e a estrutura, medindo de superfcies metlicas sem pintura, deve fornecer leitura de 0,0 (zero) para qualquer megohmetro 100/250 volts e menor do que 5 ohms (*) com qualquer multmetro na escala hmica. Aterramento de circuitos intrinsecamente seguro e respectivas blindagens de cabos, deve ser menor que um ohm. [Prtica Recomendada] (*) A resistncia de aterramento deve ser to menor quanto maior seja a corrente de curto-circuito para terra.

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Figura 14 Anel de Aterramento para Embarcaes Martimas[25]

3.4 ATERRAMENTO POR CONTATO METLICO Utilizado, por exemplo, em motores e painis eltricos montados diretamente em pisos ou em anteparas de ao, como ilustrado abaixo. A utilizao de arruela dentada torna mais efetivo o contato fsico, obtido quando o equipamento aparafusado diretamente na estrutura.

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Figura 15 - Aterramento por Contato Metlico[25]

3.5 ATERRAMENTO ATRAVS DE CONDUTOR Utilizado em: a) quadros eltricos de distribuio; b) painis montados em anteparas no metlicas; c) equipamentos montados em amortecedor de vibrao de borracha.

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Figura 16 - Quadros Eltricos[25]

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Figura 17 - Painis[25]

Figura 18 - Equipamentos[25]

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3.6 MALHA DE ATERRAMENTO Uma malha de aterramento visvel, com cabo de cobre, isolado em PVC verde, e protegida contra danos mecnicos, interligando todas as principais estruturas metlicas, dever ser instalada em plataformas que tenham Sistemas Solidamente Aterrados (TN), ou Aterrados atravs de Baixa Resistncia (IT), conforme Norma Petrobras N-2222[25].

3.7 ATERRAMENTO DE BLINDAGEM E ARMADURA METLICA DE CABOS Cabos em reas Classificadas devem ser do tipo armado. Onde estes cabos passam atravs das fronteiras de tais locais, eles devem ser instalados com dispositivos do tipo estanque a gs. Nenhuma emenda permitida em reas Classificada; exceto para circuitos intrinsecamente seguros.

Figura 19 - Aterramento de Cabo com Armadura Metlica[25]

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A figura 19 apresenta o aterramento praticado no conjunto quadro de distribuio, painel, chave de partida, motor e carga, embora no representados, so necessrios. Todas as terminaes de cabos armados com blindagem, armadura ou trana metlica, em reas Classificadas, devem ser efetivamente aterrados. Essa armadura, blindagem ou trana deve ser aterrada em ambas as extremidades do cabo, exceto nos ramais de alimentao de carga terminados em reas no classificadas, onde poder ser aterrada na extremidade de suprimento de energia. A blindagem do cabo de circuitos intrinsecamente seguros tambm deve ser efetuada em um nico ponto. A continuidade eltrica da armadura em toda a extenso do cabo, particularmente nas conexes e derivaes, deve ser assegurada. Quando do emprego do equipamento com invlucros de alumnio, do tipo prova de exploso (Ex-d), utiliza-se prensa-cabo prova de exploso, com anis cnicos para aterrar a armadura metlica do cabo.

Figura 20 - Aterramento de armadura metlica de cabo armado. Reproduzido de [20]

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Aterramento de armadura metlica de cabo armado, em caixa metlica a prova de exploso (Ex-d) atravs de prensa-cabo (Ex-d), com anis de trava /aterramento. Com o uso cada vez mais freqente de invlucros e caixas plsticas, com proteo do tipo segurana aumentada (Ex-e), utilizando prensa cabos em plstico, o aterramento da armadura metlica do cabo passa a ser feito pelo mtodo indireto, dentro da caixa que venha com um terminal de aterramento interno especfico para interligar partes metlicas, ou caso, no haja tal terminal, com presilha/braadeira ou terminal de aterramento externo, conforme figura 21 abaixo. A normalizao IEC[V] , admite os seguintes tipos de entrada de cabos em invlucros, alm do sistema de cabo em eletrodutos: a) Entrada direta em invlucro Ex-d, b) com uso de prensa-cabo Ex-d; c) Entrada indireta em caixa plstica do tipo segurana aumentada, atravs de prensa-cabo do tipo Ex-e

Figura 21 Tipos de entradas em cabos em invlucros conforme a normalizao IEC[V]

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3.8 ATERRAMENTO DA MALHA METLICA DE CABOS ELTRICOS Quando um cabo armado, com armadura trana metlica chega a uma caixa plstica do tipo segurana aumentada, o aterramento da trana metlica do cabo pode ser feito conforme um dos mtodos indicados.

Figura 22 - Aterramento de Cabo[25]

Nota: O trilho aterrado a estrutura metlica

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3.9 EQUIPAMNTOS MVEIS EM REAS CLASSIFICADAS

Para equipamentos montados sobre estruturas no metlicas ou equipamentos mveis ou deslizantes sobre trilhos, como por exemplo, prticorolante este dever ter um cabo de aterramento dedicado, que acompanhe os movimentos do equipamento instalado em paralelo ao cabo de energia ou ter o quarto condutor adicional que siga dentro do mesmo cabo de alimentao ou ter cabo com capa com armadura metlica, ligando o equipamento ao casco.

3.10 ATERRAMENTO DE SISTEMA ELTRICO

As diretrizes para o projeto orientam que o sistema com neutro isolado (IT) dever ser utilizado preferencialmente em FPSO[III] (navios de produo) e FSO[IV] (navios de armazenamento), visando evitar circulao de corrente pelo casco, durante faltas terra (carcaa), na regio dos tanques de petrleo (exigncia das Sociedades Classificadoras). O aterramento por alta resistncia dever ser tambm utilizado preferencialmente nas demais unidades martimas de produo, que no armazenem petrleo. Para ambos os sistemas, neutro isolado ou aterrado por alta resistncia (IT), dever ser garantida uma rpida e eficiente deteco e sinalizao de faltas a terra.

3.11 ATERRAMENTO DE SISTEMA DE CORRENTE CONTNUA Os circuitos de bateria, de carregadores de bateria e painis de distribuio de corrente contnua , devero ser isolados de terra, ou seja, nem o

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terminal positivo, nem o terminal negativo podero ser aterrados ou ligados a estrutura metlica da plataforma. Usualmente, os retificadores de maior porte, tm um circuito de alarme visual/ sonoro de falta terra, identificando o polo (positivo ou negativo) de curto-circuito para a terra. O circuito defeituoso deve ser identificado e rapidamente eliminado o defeito, para evitar o progresso para curto-circuito direto entre os dois plos. Sistemas de partida (motor de arranque) de motores diesel, tambm no devem ser aterrados. Exceo feita para o circuito de proteo catdica de corrente impressa, onde necessrio a ligao ou aterramento do negativo do retificador ao casco a ser protegido; o positivo do retificador ligado aos nodos. 3.12 ELETRICIDADE ESTTICA[27] Nas plantas petrolferas a gerao de eletricidade esttica preocupante uma vez que pode ser a responsvel pela ignio da atmosfera explosiva situada na rea Classificada. Por isso cuidados adicionais so requeridos. A seguir alguns comentrios pertinentes sobre esta forma de energia.

3.12.1 Eletricidade Esttica e Correntes de Fuga

Estes

importantes

assuntos

tambm

esto

discutidos

na

API

Recommended Pratice 2003. A eletricidade esttica constitui um risco de incndio e exploso durante o manuseio de petrleo (leos crus e derivados lquidos). Algumas operaes podem dar lugar acumulao de cargas eltricas, as quais podem ser repentinamente liberadas em descargas eletrostticas,

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com energia suficiente para inflamar uma mistura inflamvel de gs de hidrocarbonetos com ar.

3.12.2 Acumulao de Eletricidade Esttica

No caso do petrleo, os produtos so em geral, considerados como acumuladores de eletricidade esttica. Os acumuladores estticos incluem os produtos como: querosene de aviao, leo diesel claro, leo lubrificante, gasolina naturais, querosenes, solventes, gasolina automotiva e de aviao; naftas e gasleos pesados. As trenas de metal ou outros dispositivos de medio/amostragem que podem atuar como condutor eltrico, atravs de todo seu comprimento, deve ser efetivamente aterrada ou conectada antes da introduo no interior do tanque, at aps a sua retirada. No devem ser utilizados trenas ou cabos de material sinttico. Para maiores detalhes, consultar o ISGOTT[VI] .

3.12.3 Esttica nos Produtos Escuros Derivado do Petrleo Estes produtos no so classificados como acumuladores estticos pelo fato de terem suficiente condutividade eltrica que redistribui rapidamente as cargas eltricas separadas durante o manuseio, impedindo a acumulao de eletricidade esttica, exemplo: leo cru e leo combustvel.

3.12.4 Descargas de Eletricidade Esttica As descargas eletrostticas podem ocorrer como conseqncia do acmulo de cargas em:

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a) lquidos ou slidos no condutores como, por exemplo, um leo acumulador esttico (tal como o querosene) bombeado para o interior de um tanque, ou um cabo de polipropileno; b) condutores lquidos ou slidos eletricamente isolados como, por exemplo, neblinas, borrifos ou partculas em suspenso no ar ou uma barra de metal pendurada na extremidade de um cabo de fibra sinttica. A preocupao a ser tomada para evitar um risco de descarga eletrosttica manter todos os objetos metlicos interligados. A interligao elimina o risco de descargas entre objetos de metal que podem estar muito energizados e serem perigosos.

3.12.5 Contato Metlico para Descarga de Eletricidade Esttica

O perigo de uma descarga devido ao acmulo de eletricidade esttica resultante do fluxo (atrito) de lquidos/gases/vapores pode ser evitado se a resistncia entre tanques de armazenamento/plantas de processo/sistemas de tubulaes e a estrutura da unidade ou instalaes for menor que 1 M (megaohm). Assim, caso o contato entre os vasos de armazenamento/planta e processo/tubulao associada seja feito diretamente atravs de contato metlico das bases ou atravs de seus suportes, ou ainda por meio de solda ou fixao por parafusos estrutura da plataforma, de modo a assegurar resistncia menor que 1M (megaohm), fica afastado o risco de acmulo de carga esttica. 3.12.6 Reabastecimento na Plataforma

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Esta preocupao existe, por ser o helicptero um dos meios de transporte mais utilizado para embarque ou desembarque de pessoal. Qualquer ignio perigosa devido a uma diferena de potencial eltrico existente para o terra, no caso a estrutura metlica da plataforma, deve ser efetivamente controlada. Isto pode requerer o uso de correias condutoras, aterramento de equipamento de carga e descarga de fludo combustvel e da mangueira e o aterramento do helicptero, antes do abastecimento. Todas as preocupaes contra ignio devida descarga de eletricidade esttica devem estar de acordo com o NFPA-77[28]

. Assim um cabo de

aterramento dever ser ligado ao helicptero para descarga de energia esttica, distante da boca de abastecimento, antes de conectar a mangueira de abastecimento. O mesmo procedimento dever ser adotado para aterrar tanques de transferncia mveis antes de qualquer conexo de mangueira para transferncia.

3.12.7 Cordoalhas de Aterramento

Todos os equipamentos tais como tanques, mquinas e tubulaes onde uma mistura explosiva pode estar presente devem estar aterrados. Tubulaes instaladas em reas Classificadas devem ser

adequadamente aterradas por soldas ou por meio de parafuso e cinta metlica, fixando a tubulao ou seus suportes diretamente ao casco da plataforma, ou ainda atravs da utilizao de cordoalhas de aterramento. Sees eletricamente isoladas, de tubulaes metlicas ou de equipamentos devem ser interligados a outras partes do sistema ou aterrados individualmente. O

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aterramento elimina o risco de descargas de eletricidade esttica entre objetos metlicos. Cordoalhas de aterramento devem ser instaladas onde for necessrio garantir a continuidade eltrica e a capacidade de conduzir seguramente qualquer possvel corrente de falta. Onde as cordoalhas de aterramento forem utilizadas, elas devero ser claramente visveis, protegidas contra danos mecnicos e do tipo que no seja afetada por produtos corrosivos e pintura. Cordoalhas de aterramento so requeridas para tanques e vasos, plantas de processo e tubulaes associadas, que no estejam diretamente conectados estrutura metlica da plataforma. A cordoalha de aterramento pode ser dispensada quando tais equipamentos forem diretamente soldados ou aparafusados estrutura ou indiretamente, atravs de suportes metlicos, conforme mostram as figuras abaixo.

Figura 23 - Cordoalha do Aterramento[25]

Nota: Para sistemas com neutro solidamente aterrado, a carcaa dos equipamentos eltricos tem que ser ligados a malha de aterramento atravs e cabo de aterramento dedicado.

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3.13 Cuidados Adicionais para as Descargas Atmosfricas[20]

Havendo um contato eltrico entre casco metlico da plataforma e o mastro ou outra estrutura metlica de altura adequada nenhuma outra proteo adicional contra os efeitos de descargas atmosfricas ser necessria. Descargas atmosfricas quando atingem a Plataforma so drenadas para o mar atravs de sua estrutura metlica. Dessa forma, a Plataforma e o pessoal nela embarcado esto inerentemente protegidos, conforme o NFPA 780[29], itens D-6 e D-10: Item D-6 da NFPA: Navios com Casco Metlico - Se existir um contato eltrico entre o casco metlico e o mastro metlico ou outra superestrutura metlica de adequada altura que atenda as recomendaes da seo D-2, nenhuma outra proteo contra raio necessria. Barcos com objetos no aterrados ou no condutores projetados acima do mastro metlico ou superestrutura devem ter estes objetos aterrados ou protegidos com condutor de aterramento, respectivamente, de maneira a proteg-los. Nota: A seo D-2 do NPFA 780[29] dispe sobre as recomendaes para instalao de mastros para proteo contra descargas atmosfricas.

Item D-10.1 da NFPA: Navios quase invariavelmente so construdos com mastros, estruturas treliadas, superestruturas, casco, chamins e antenas de rdios usualmente fornece a Zona de Proteo recomendada na seo D-1.2. Ento, navios e o pessoal embarcado esto usualmente inerentemente protegidos contra os efeitos dos raios.

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Nos casos onde houver falta de adequada ZONA de proteo, eles devem ser corrigidos de acordo com a seo D-1.2.

3.13.1 O Solas[IX] O SOLAS uma entidade criada pela International Maritime

Organization IMO, (normativa), que pertence a ONU (Organizao das Naes Unidas) que desde o naufrgio do navio Titanic dita as regras para segurana das embarcaes martimas e dos passageiros. (site: www.imo.org) O Captulo II-I da publicao do SOLAS[IX] especifica: a) No item 3.1: Sistema de distribuio com retorno pelo casco no deve ser usado para qualquer finalidade em petroleiro, seja para fora, aquecimento ou iluminao em qualquer navio; b) No item 3.2: O requisito do pargrafo 3.1 no impede, sob condies provadas pela Classificadora o uso de Sistema Limitado e Aterrado Localmente: b.1) nos sistemas de proteo catdica por corrente impressa; b.2) nos sistemas aterrados localmente e limitados a uma regio; b.3) nos dispositivos de monitorao do nvel de isolamento, desde que a corrente de circulao no exceda a 30 mA sob a condio mais desfavorvel. Sistema de distribuio aterrado no deve ser usado em petroleiro. A Classificadora (administrao) pode excepcionalmente permitir o aterramento do neutro para Sistemas de Potncia desde que as correntes resultantes no percorram qualquer espao perigoso. Em unidades martimas temos poucos casos de aterramento localizado, a saber: a)Proteo catdica;

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b)Transformadores de Controle, de Potencial (TP) e de Corrente (TC) no interior dos painis eltricos, visando segurana pessoal; c)Ponto de retorno de mquina de solda, local; d)Instrumentao, Aterramento de circuitos intrinsecamente seguros; e)Aterramento de terra de ignitor de piloto para queimador.

3.14 CONSIDERAES SOBRE O ATERRAMENTO NA PLATAFORMA MARTIMA Nenhum equipamento eltrico instalado em reas classificadas poder ter partes vivas expostas. A alta salinidade presente em instalaes eltricas em atmosfera marinha contribui para a falha no isolamento dos equipamentos eltricos, com possibilidade de curto-circuito e fuga de corrente para a carcaa metlica dos equipamentos. Tais falhas podem gerar centelhas eltricas que podem constituir-se em fonte de ignio na presena de gases e tambm, risco de choque eltrico para as pessoas em contato com a carcaa dos equipamentos. A dispensa da malha de aterramento, e do cabo dedicado vlido apenas para sistemas de gerao e/ou distribuio com neutro isolado ou aterrado por alta resistncia com pequenas correntes de fuga terra. Para sistema aterrado atravs de baixa resistncia (correntes de falha da ordem de 200 a 4000 Ampres) ou sistema com neutro solidamente aterrado (corrente de falha na ordem de at 50.000 Ampres) deve-se assegurar um caminho de baixa resistncia para retorno ao ponto neutro do sistema, para que as correntes de curto-circuito no abram arcos por contato e nem escoem por elementos estruturais do casco ou tubulao de processo. Em sistemas com neutro completamente isolado da terra ou ligado terra atravs de impedncia, uma falta provoca uma elevao de tenso das fases no afetadas podendo chegar a assumir um valor superior quele de regime

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normal. A isolao dos cabos fica, portanto, submetida a uma tenso muito superior quela de regime normal, por um perodo que funo do tempo de operao dos dispositivos de proteo. previsto que a espessura da isolao dos cabos utilizados neste sistema seja maior do que aquela utilizada para cabos em sistema com o neutro diretamente ligado terra.

4

TENDNCIA DO ATERRAMENTO NA UNIDADE INDUSTRIAL

Refinaria de petrleo definida como uma unidade de negcio (UN). Com objetivo de processar a matria prima (petrleo), bombeada pelos terminais (martimos ou terrestres) atravs dos oleodutos (tubulaes enterradas), para transformar em seus derivados (gasolina, naftas, querosene, leos etc) e assim poder comercializ-los. Como os recipientes que os contm (produtos e sub-produtos do petrleo) no so estanques, os locais de armazenamento so considerados como reas classificadas. Neste captulo faremos comentrios das diferentes formas de aterramento praticado: nos equipamentos; redes eltricas subterrneas; motores / geradores; alimentadores; malha de terra; telecomunicao e circuitos intrnsecos e a questo dos potenciais de toque e de passo. E encerrando alguns pareceres da utilizao do neutro aterrado com resistor.

4.1 ATERRAMENTO DE EQUIPAMENTOS O aterramento dos equipamentos objetiva o seguinte:

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a)Assegurar que todas as partes de uma estrutura ou de uma carcaa de equipamento no esteja com um potencial acima da terra que possam ser perigosos para o pessoal; b)Conexes e dispositivos de aterramento deve ser adequado para garantir que condies anormais, tais como fugas de terra ou descargas, no elevaro o potencial da estrutura ou carcaa para um nvel perigoso; c)Propiciar um caminho efetivo sobre o qual as correntes de fuga envolvendo a terra possam escoar sem centelhamento ou superaquecimento para evitar a ignio de materiais ou atmosferas combustveis. A estrutura metlica dos edifcios e as estruturas de abrigo ou de suporte de equipamentos eltricos e todas as partes metlicas no condutoras de corrente dos equipamentos e dos dispositivos eltricos devem ser aterradas por conexo a um sistema de aterramento. Em geral os condutores de aterramento dos equipamentos devem ser conectados possvel terra do sistema eltrico. Colocando os condutores de aterramento to prximos quanto possvel dos condutores de alimentao a queda de tenso ser minimizada nas condies de falha. diretamente quando

4.1.2 Sistema de Aterramento de Equipamentos

O principal requisito de um sistema de aterramento de equipamentos manter a resistncia terra das estruturas e carcaas dos equipamentos no nvel mais baixo possvel. Com um sistema adequado, o potencial terra durante as condies de falha no ser perigoso para o pessoal e nem para o equipamento e os dispositivos de proteo operaro corretamente. As conexes de aterramento do sistema podem ser feitas de vrias maneiras.

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O sistema de aterramento para uma planta grande ou complexa pode envolver uma extensiva rede de malhas de aterramento das carcaas e estruturas do equipamento interconectada por cabos para fornecer um sistema de aterramento global da planta. Os requisitos especficos para os sistemas de aterramento so informaes detalhadas que esto includas no IEEE Standard 142[30]

. Alm

das conexes de aterramento da estrutura e carcaa dos equipamentos, so necessrias conexes do terra do sistema eltrico para o sistema de aterramento da planta. Esta conexo deve ser independente de qualquer outra conexo de aterramento.

4.1.3 Aterramento de Redes Eltricas Subterrneas

As redes eltricas subterrneas devem ser acompanhadas por um cabo de cobre nu, enterrado, encordoado, seo nominal de 70 mm2, integrante do sistema de aterramento e ao qual so interligados todos os elementos a serem aterrados. Todos os elementos metlicos existentes no interior de caixas de passagem subterrneas devem ser interligados atravs de um cabo de cobre nu, encordoado. Eletrodutos metlicos que chegam a caixas de passagem de concreto e/ou alvenaria devem ter suas extremidades interligadas ao cabo de que trata o item anterior atravs buchas de acabamento dotadas de olhal para aterramento. Em redes construdas com eletrodutos no metlicos (PVC, PVC corrugado e outros), para sistemas eltricos com neutro aterrado e onde os condutores fase no possuem blindagem ou capa metlica, os eletrodutos devem ser percorridos internamente, em toda sua extenso, por um cabo de

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aterramento de cobre nu, encordoado. Este cabo de aterramento, nas caixas de passagem, deve ser interligado ao condutor de aterramento. O seu dimensionamento deve ser conforme indicado: Tabela 7 - Condutor x Cabo[18] Seo do Condutor Fase (mm2) S 16 16 < S 35 S > 35 Seo do Cabo de Aterramento (mm2) S 16 S/2

Nos afloramentos dos eletrodutos metlicos devem ser interligados por um cabo de cobre nu, de seo nominal 25 mm2, o qual deve ser conectado ao sistema de aterramento.

4.1.4 Aplicaes Especficas de Aterramento

As estruturas de ao dos prdios, as estruturas dos painis e instalaes similares devem ser aterradas em vrios pontos (ao menos dois por estrutura) com conexes fortes para a malha de aterramento do sistema. Os tanques, vasos, torres e equipamentos similares, no suportados ou ligados a uma estrutura de suporte aterrada, devero ser aterrados usando no mnimo duas conexes malha do sistema de aterramento.

4.1.5 Motores e Geradores

76

As carcaas de motores e geradores devem ser conectadas ao sistema de aterramento global da planta. Esta conexo efetivada com um condutor de aterramento do equipamento, mecnica e eletricamente contnuo, posto em rota com os condutores e fase da mquina. Pode ser um condutor que corra com os condutores de fase dentro de um condute, um sistema de condute rgido sinuoso contnuo, um sistema de bandeja de cabos ou outro mtodo aprovado da NFPA 70B[31]. Em qualquer caso, a conexo de aterramento deve propiciar um circuito de baixa impedncia da carcaa da mquina para o terra do sistema eltrico. Onde for usado condute ou bandeja as juntas devem ser estanques, as pontes de ligao devem ser instaladas em juntas de expanso e locais similares. Freqentemente, propiciada uma proteo suplementar de aterramento com a ligao com um condutor de aterramento adicional de cada mquina para malha do sistema aterrado local. O objetivo desta conexo equalizar potenciais na vizinhana imediata de cada mquina. 4.1.6 Cabos Encapados e a Blindagem Metlica

A capa e a blindagem metlica (se aplicvel) de qualquer cabo de energia devem ser completamente contnuas e aterradas em cada extremidade de mesmo potencial (caso de pequenos sinais). O aterramento da blindagem em ambas as extremidades pode requerer que o cabo tenha reduzido sua capacidade normal devido as correntes circulantes. O aterramento em uma extremidade permissvel se no for excedido um gradiente de 25 Volts (conforme IEC Standard 422[32] para mtodos de avaliao das tenses de blindagem). Se os cabos com capa ou blindagem metlica forem emendados, deve-se ter o cuidado de obter continuidade, bem

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como uma conexo fsica efetiva com a capa ou com a blindagem metlica na emenda. Quando sobre a capa metlica for usada uma armadura metlica , a capa e a armadura devem ser interligadas e conectadas ao sistema de terra em cada extremidade do cabo em quaisquer emendas acessveis. A capa metlica em um cabo de metal pode, tambm ser usada como um condutor de aterramento do equipamento se a capa for um tubo corrugado contnuo, entretanto, recomendado um condutor de aterramento separado, instalado nos interstcios do cabo durante a fabricao.

4.1.7 Carcaas Metlicas A NFPA70B[31] tem como requisito que carcaas metlicas expostas, no transportadoras de corrente, de dispositivos eltricos, sejam aterradas. Isto inclui os condutores, rotas de fios e materiais de instalao eltrica similares. Onde a continuidade da carcaa estiver assegurada pela sua construo, ser adequada uma conexo de aterramento nos seus pontos terminais. Se a continuidade no estiver assegurada pela construo, deve-se ter o cuidado para propiciar conexes adequadas de todas as sees com a malha do sistema de aterramento.

4.1.8 Carcaas para Equipamentos Eltricos Painis, centros de controle e equipamentos eltricos similares devem incluir um barramento de terra.

78

Onde o equipamento consistir de um alinhamento de duas ou mais sees, so recomendadas duas conexes e aterramento com a malha do sistema de aterramento, uma em cada extremidade do barramento de terra.

4.1.9 Cercas e Portes Cercas e portes metlicos envolvendo equipamentos ou subestaes eltricas devem ser vinculados malha do sistema de aterramento. Neste caso alguns fatores esto envolvidos, incluindo a resistncia de terra dos sistemas de aterramento da subestao, distncia da cerca aos eletrodos de aterramento e os gradientes de potencial no solo. (Para informaes adicionais, IEEE 80 2000-01-30 Guide for Safety in AC Substation Grounding e o IEEE Standard 142[30] ).

4.1.10 Equipamento Eltrico Porttil Este pargrafo est limitado a consideraes sobre equipamentos eltricos portteis que operam em tenses menores ou iguais a 600 Volts. Equipamentos portteis que operam em tenses mais altas tem aplicaes menos freqentes e requerem consideraes especiais. O IEEE Standard 142[30] fornece informaes sobre equipamentos eltricos portteis que operam em tenses mais elevadas. Os equipamentos eltricos portteis apresentam um dos maiores riscos potenciais para pessoal, de sorte que obrigatrio que as carcaas de equipamentos portteis de qualquer tipo sejam mantidas no potencial de terra ou sejam protegidas por um sistema aprovado de isolamento duplo. O equipamento eltrico porttil sem isolamento e operando em tenses acima de 50 Volts deve ser fornecido com um cabo contendo um condutor de

79

aterramento separado que tem na terminao um plugue tipo aterramento que usado com uma tomada de adaptao. O contato e aterramento da tomada devem ser corretamente vinculados a um sistema de aterramento. Para segurana do pessoal, algumas empresas utilizam equipamentos eltricos portteis que podem ser conectados a uma fonte subterrnea de baixa tenso (no superior a 50 volts) ou aos interruptores do circuito de fuga de terra em circuito de 120 volts.

4.2

RESISTNCIA DE TERRA Idealmente, uma conexo de terra teria resistncia zero, mas isso

impossvel, a resistncia de uma conexo de terra uma funo da resistividade do solo e da geometria do sistema de aterramento. Em solos de alta resistividade pode ser necessria extensa configurao para obter aceitveis resistncias de terra. A resistncia admissvel varia inversamente com a corrente de fuga para terra: quanto maior a corrente de fuga menor a resistncia de terra. Para grandes subestaes e estaes geradoras, a resistncia da grade de aterramento do sistema no deve ser maior do que 1 Ohm. Para subestaes menores e para plantas industriais deve ser obtida uma resistncia menor do que 5 Ohms, se possvel. A NFPA 70B[31] aprova o uso de um nico eletrodo se sua resistncia no for maior que 25 Ohms. Este por ele mesmo, no seria uma conexo adequada para aterrar correntes de fuga maiores que dois Ampres.

4.2.1 Potenciais de Toque e de Passo[19]

80

No solo, so criados gradientes de potencial onde fluem as correntes drenadas por eletrodos de terra. A configurao do aterramento deve ser tal que os gradientes de potencial no geraro um risco para as pessoas que estejam em p ou andando no solo nas vizinhanas de um eletrodo de aterramento ou tocando uma estrutura aterrada que transporta corrente para a terra. Essas referncias esto indicadas no IEEE Standard 80[33] .

4.2.2 Tenso de Toque[19]

Figura 24 - Tenso do Toque[19] A resistncia do corpo humano para corrente alternada de 50 ou 60 Hertz (HZ), pele suada, para tenso de toque maior que 250 Volts (V) fica saturada em 1000 Ohms. Cada p de contato com o solo ter uma resistncia de contato representado por Rcontato. A tenso de toque poder ser expressa por:

81

Vtoque = (Rcorpo humano + Rcontato /2). Ichoque Segundo recomendaes da IEEE-80[33] podemos considerar que: Rcontato = 3 s Onde:s resistividade superficial da primeira camada da estratificao

=

do solo. Deste modo a expresso fica: Vtoque = (1000 + 3s/2). Ichoque Vtoque = (1000 + 1,5s). Ichoque

4.2.3 Tenso de Passo[19]

Figura 25 - Tenso de Passo[19]

Em projetos de aterramento de acordo com a Norma podemos considerar a distncia entre os dois ps de 1m.

Vpasso = (Rcorpo humano + 2Rcontato ). Ichoque Vpasso = (1000 + 2.3s). Ichoque Vpasso = (1000 + 6s). Ichoque

82

O aterramento s estar bom se a pior tenso de passo for menor do que o limite de tenso de passo para no causar danos ao ser humano fibrilao. A fibrilao ventricular irreversvel se no forem tomadas providencias em tempo hbil. Ela ocorre no corao devido superposio de correntes, prevalecendo aquela de maior intensidade, no caso, da fonte de energia. O desfibrilador um aparelho destinado a recuperar o ritmo cardaco. Compe-se de capacitores, cuja capacitncia varia entre 10 a 50F que armazena a tenso na ordem de 2 a 9kV. A corrente de descarga no trax humano na ordem de 1 a 30 Ampres no tempo de 10 milisegundos. Concluse que a tenso de passo menos perigosa do que a de toque pelo fato de no estar o corao no percurso da corrente de choque. A tenso de passo e de toque uma preocupao que se deve ter na elaborao do projeto de aterramento, com relao aos seus potenciais mximos. Estes potenciais so utilizados como limites dos potenciais que surgem na superfcie do solo sobre a malha, quando da ocorrncia do maior defeito fase-terra. A malha s pode ser aceita se os potenciais estiverem abaixo dos limites calculados pelas equaes apresentadas no clculo de Vtoque e Vpasso.

4.3

MALHA DE TERRA Dimensionar uma malha de terra um processo iterativo, que parte de um

projeto inicial da malha. preciso verificar se os potenciais que surgem na superfcie do solo so inferiores aos limites pr-estabelecido no incio do projeto Vtoque e Vpasso. e se a resistncia de aterramento da malha compatvel com a sensibilidade da proteo.

83

As dimenses da malha so pr-definidas, assim estabelecer um projeto inicial de malha especificar um espaamento entre os condutores e definir, se sero utilizadas junto com a malha hastes de aterramento. Um espaamento inicial tpico adotado est entre 5% e 10% do comprimento dos respectivos lados da malha.

Figura 26 - Malha da Terra[33] Todas as frmulas a serem usadas no clculo de dimensionamento da malha de terra, foram deduzidas considerando as submalhas quadradas, isto , ea eb.. Tendo as dimenses da malha determina-se o nmero de condutores paralelos, ao longo dos lados da malha: Na = (a / ea) + 1 Nb = (b / eb) + 1 Escolhe-se o nmero inteiro, adequado ao resultado do clculo acima. O comprimento total dos condutores que formam a malha dado pela expresso: Lcabo = a Nb b Na

+

84

Se durante o dimensionamento forem introduzidas hastes na malha, o comprimento correspondente s hastes dever aparecer na determinao do comprimento total de condutores da malha conforme: Ltotal Onde: Lcabo = comprimento total dos condutores da malha. Lhastes = comprimento total das hastes cravadas na malha Lcabo + Lhastes

=

4.3.1 Resistncia de Aterramento da Malha[19] A resistncia de aterramento da malha pode ser calculada

aproximadamente pela frmula de Severak abaixo que uma correo feita da frmula de Laurent [18]. Esta frmula leva em conta a profundidade (h) em que a malha construda. [ 1Ltotal

R malha

= pa

+

120 A malha

(1 +1 + h

1 20

)]A malha

Onde: Amalha = (a.b)Figura 26 - rea ocupada pela malha [m2] h = Profundidade da malha [m], com 0,25m h 2,5m Ltotal = Comprimento total dos cabos e hastes que formam a malha Esta resistncia da malha (Rmalha), representa a resistncia eltrica da malha, at o infinito. Seu valor dever ser menor do que a mxima resistncia limite da sensibilidade do rel de neutro. Este valor geralmente verificado devido ao baixo ajuste do rel de neutro.

85

4.3.2 Medies da Resistncia de Terra Em muitas instalaes necessrio medir a resistncia terra do sistema de aterramento para determinar se o valor real dessa resistncia est dentro dos limites de projeto. Os mtodos para a medio da resistncia da rede de terra so discutidos resumidamente no IEEE Standard 142 e com mais detalhes em [30].

4.3.3 Unidades de Processo Para segurana de pessoal com relao aos riscos decorrentes das tenses de transferncia, de Passo e de Toque existentes por ocasio de curto-circuito monofsico, deve-se fazer a interligao das placas de piso, em concreto armado, conforme as especificaes seguintes.

4.3.4 Detalhes para Interligao das Placas As placas de piso devem ser interligadas atravs de varas inteiras de "ferro de construo" com dimetro de .

86

SOLDA NA CONEXO DE DUAS VARAS CONSECUTIVAS

A

A

AMARRAO COM ARAME RECOZIDO

CORTE A-A

Figura 27 - Interligao das Ferragens das Placas do Piso[33] Nota: A vara inteira dever ser amarrada s ferragens das placas para proporcionar continuidade eltrica. Quando houver uma haste de aterramento prxima a uma ou mais placas, esta(s) dever(o) ser interligada(s).

B

B

VARA DE FERRO INTEIRA P/ CONTINUIDADE ELTRICA

SOLDA EXOTRMICA

CABO DE COBRE NU BITOLA # 70 mm2

HASTE DE ATERRAMENTO C/ COMPRIMENTO DE 3m

"

CORTE B-B

Figura 28 - Interligao de Haste de Aterramento Ferragem do Piso[33] Nota: Nos limites de bateria da unidade de processo ferragens das placas de piso devem ser interligadas as hastes de terra prximas utilizando o mesmo critrio mostrado na figura acima ilustrada.

87

4.3.5 Precaues

Em reas classificadas como ZONA 1 no devem existir poos de inspeo. Todas as conexes nestas reas entre condutores e hastes verticais devem ser completamente enterradas e executadas com solda exotrmica. As conexes feitas entre os condutores de aterramento entre e as peas a serem aterradas devem ser executadas com solda exotrmica quando as referidas conexes se encontrarem em rea classificada como ZONA 1. Em reas classificadas como ZONA 2 pode, se necessrio, haver poos de inspeo das hastes de aterramento. As conexes feitas nestes poos, entre hastes e condutores e/ou eletrodos horizontais, so sempre feitas com conectores mecnicos de alta presso. As conexes feitas entre os condutores de aterramento e os equipamentos a serem aterrados podem ser executados com conectores mecnicos de alta presso se situadas em rea classificada como ZONA 2.

4.4

ATERRAMENTO EM TELECOMUNICAO

Algumas das tcnicas do aterramento praticado em telecomunicao, ser visto a ttulo de informaes adicionais.

4.4.1 Anlise dos Circuitos de Aterramento Srie e Paralelo Os equipamentos de telecomunicaes e de processamento de dados, pela susceptibilidade interferncia eletromagntica e eletrosttica devem receber um tratamento diferenciado, no tocante a conexo a terra. Enfocaremos os dois tipos de conexes mais utilizados onde foram detectadas correntes (alternadas) indesejveis nos cabos de aterramento.

88

4.4.2 Conexes em Srie O esquema abaixo representa um conjunto de equipamentos com seus cabos de aterramento conectados em srie at chegar-se ao ponto de aterramento efetivo.

1 A

2 B

3 C

Figura 29 - Aterramento em Srie[34] Do ponto de vista de susceptibilidade a rudos, que o enfoque mais relevante, este tipo de conexo desaconselhvel. Representando-se a situao real, considerando as impedncias dos cabos, temos:

1 I1 A R1 I1 I2

2 I3 B R2 I1 + I 2

3

C

R3 I1+ I 2 + I3

Figura 30 - Correntes e Impedncias Presumveis de um Aterramento em Srie[34] A ttulo de exemplo iremos considerar trs valores fictcios de correntes I1, I2 e I3 conforme apresentado:

89

I1 = 0,01 A

I2 = 3 A

I3 = 10 A

R1 = R2 = R3 = 1

O potencial no ponto A : VA = I1 R1 + ( I1 + I2 ) R2 + ( I1+ I2 + I3 ) R3 VA = ( 0,01 ) 1 + ( 0,01 + 3 ) 1 + ( 0,01+ 3 +10 ) 1 VA = 16 Volts O potencial no ponto B : VB= ( I1 + I2 ) R2 + ( I1+ I2 + I3 ) R3 VB 16 Volts O potencial no ponto C : VC = ( I1 + I2 + I3 ) R3 VC 13 Volts Sendo as tenses nominais de trabalho dos equipamentos 1, 2 e 3:

V1 = 5 VCC

V2 = 50 VCC

V3 = 110 VCC

Verifica-se que o primeiro circuito que trabalha com tenso de 5Volts, est com um acoplamento por impedncia comum de 16 Volts. Numa situao mais desfavorvel pode-se imaginar o circuito um trabalhando com 5 Volts, tendo como referncia (Terra) uma tenso de 16 Volts, fornecida pelos outros dois circuitos que trabalham com Corrente Alternada.

90

Embora este nvel de Tenso esteja dentro do previsvel para segurana humana (choque eltrico) ir gerar um rudo considervel de modo comum interferindo nos pequenos sinais e danificando os dispositivos eletrnicos sensveis no interior do equipamento cuja referencia de terra (neste caso) aproximadamente 16 Volts. 4.4.3 Aterramento em Srie Esse tipo de conexo s aconselhvel, nos casos em que os circuitos operam com nveis semelhantes de tenso e correntes. desejvel que o equipamento 1, por ser o mais sensvel, no faa parte do arranjo mostrado. 4.4.4 Conexes em Paralelo

1

2

3

Figura 31 - Aterramento em Paralelo[34] Esse tipo de topologia de aterramento apresentado na figura 31 o mais aconselhvel para a maioria dos equipamentos de telecomunicaes. Em contrapartida utiliza-se mais cabos para o aterramento. A seguir representamos o modelo eltrico mais prximo realidade, ou seja, considerando as impedncias dos fios e cabos.

91

1 A R1 I1 B R2

2 C R3 I2

3

I3

Figura 32 Correntes Presumveis no Aterramento em Paralelo[34] Os potenciais nos pontos so: a) em A: I1R1; b) em B: I2R2; c) em C: I3R3; Verifica-se que o potencial de terra de cada circuito funo da corrente do circuito e da impedncia comum entre os circuitos, indicando ausncia de interferncias. Entretanto, considerando que em altas freqncias, os fios ou cabos de terra apresentam um aumento da impedncia, devido reatncia indutiva, de se prever uma forte induo mtua que caracteriza um acoplamento por campo indutivo, haja vista que os fios/cabos devem correr por um mesmo caminho at chegar ao ponto central. Outro aspecto de algum peso, que no caso de altas freqncias, o componente comprimento dos fios/cabos est intimamente relacionada com o comprimento de onda, refletido em impedncias, tenses e correntes. Dessa maneira, torna-se conveniente evitar que o comprimento dos fios/cabos no seja coincidente com do comprimento de onda ou comprimentos inteiros adicionados a , pois pode ocorrer o surgimento de uma grande impedncia.

92

Por exemplo, para uma freqncia de 30 MHz, o comprimento de onda 10 metros. Assim 1/4 desse comprimento 2,5 metros (m), logo 2,5 m, 12,5 m, 22,5 m, 32,5 m e demais, como comprimentos dos fios/cabos no so interessantes. A figura 33 representa um sistema de aterramento tpico de equipamentos de telecomunicaes.LIMITE DO PRDIO DA ESTAO

BATERIA QDCC

=QDCA

BASTIDOR 1

~

BASTIDOR 2

= ~ ~ =PRESSURIZAO DE CABOS

. . . .BASTIDOR n CABOS DE COBRE ISOLADOS CABOS DE COBRE NUS

BANDEJAS

DISTRIBUIDOR DE UDIO BARRAS DE TERRA ISOLADAS DA ESTRUTURA

BARRA DE TERRA LIGADA ESTRUTURA PRA-RAIOS

TORRE DA ANTENA NOTA

MALHAS EXTERNAS DE ATERRAMENTO CABOS DE COBRE NU ENTERRADOS NO SOLO NOTA: A DESCIDA DO PRA-RAIOS FEITA EM CABO DE COBRE NU, SEM CONTATO ELTRICO COM A ESTRUTURA SIMBOLOGIA TERRA DE PROTEO - LIGAO DAS CARCAAS TERRA (CABOS DE COBRE NUS) TERRA DE SINAL - LIGAO DOS NEUTROS DOS CIRCUITOS TERRA (CABOS DE COBRE ISOLADOS) POO DE ATERRAMENTO

Figura 33 - Esquema de Conexes Paralelas[34]

4.4.5 O Aterramento em Telecomunicao Neste tipo de aterramento recomendvel adotar-se a filosofia de terra de sinal e de terra de proteo. Assim, pode-se dizer da existncia de 2 terras distintos: a) um cabo de cobre nu, funcionando como terra de proteo;

93

b) um cabo de cobre, com capa isolante, funcionando como terra de sinal. Caso a resistividade do solo seja bastante alta, pode-se adotar como referncia de terra, a malha de aterramento existente. A figura 33, mostra a situao de um sistema de aterramento prprio para os equipamentos de telecomunicaes. Adotando-se como referncia uma malha existente pode-se tomar como referencia o terra dessa malha, sendo que o terra de sinal bem como o terra de proteo devem ser conectados, cada um, em somente um ponto dessa malha. importante que os bastidores sejam isolados das bandejas e as conexes do terra de sinal sejam realizadas pelo processo de solda exotrmica.

4.4.6 Comentrios Gerais O terra de sinal se caracteriza pelo total isolamento das estruturas, incluindo as barras terminais da estrutura do prdio. Os cabos bem como as barras de cobre intermedirias, que tem a funo de terra de sinal, devem estar totalmente isolados de qualquer estrutura (ao ou alvenaria). Em cada sala, devem ser disponibilizados 2 barras terminais: uma de sinal, isolada e outra de proteo, perfeitamente identificada como tais. As figuras representam a planta de uma estao de telecomunicaes tpica, com tais facilidades.

94

REQUISITOS PARA O TERRA DE SINAL

ISOLAMENTO BARRA DE COBRE

BARRA DE COBRE LIGADA ESTRUTURA DO PRDIO

REQUISITOS PARA O TERRA DE PROTEO

Figura 34 - Detalhe das barras de Aterramento para os Equipamentos de Telecomunicaes[34]BANDEJA ISOLAMENTO EQUIPAMENTO

ISOLAMENTO

ISOLAMENTO

Figura 35 - Equipamento de Telecomunicaes Detalhe de Isolamento do Solo de das demais partes Metlicas[34] No caso dos bastidores dos equipamentos que eletricamente no possuem desvinculao da carcaa dos circuitos considerar todo o conjunto interligado a terra de sinal.

95

4.5

ATERRAMENTO DE CIRCUITOS INTRINSECAMENTE SEGURO[35] De uma forma geral um sistema intrinsecamente seguro composto de

partes que devem ser aterradas e por outras que no devem. O aterramento tem a funo de evitar o surgimento de nveis de tenso considerados inseguros na rea de risco. (lugar com probabilidade de concentrao de substncias explosivas). Dentro deste enfoque o correto aterramento que garante a efetiva segurana oferecida pelas barreiras de diodos Zener. A barreira tem a funo de assegurar nveis de energia seguros na instrumentao empregada em reas Classificadas, desviando todo o excesso de energia para a terra, ainda na rea no Classificada. J o isolamento de partes do sistema com relao ao terra tem a funo de assegurar a inexistncia de dois pontos de terra com uma possvel diferena de potencial. Desta forma na rea classificada evita-se o aterramento do circuito intrinsecamente seguro (a menos que o mesmo seja necessrio para fins funcionais, quando se emprega isolao galvnica). A normalizao estabelece uma isolao mnima de 500 Volts. A figura 36 abaixo apresenta um sistema tpico que faz uso de uma barreira linear convencional, onde o instrumento intrinsecamente seguro em campo (rea classificada) apresenta a isolao mnima necessria 500 Volts. O invlucro do equipamento encontra-se conectado ao terra estrutural, como outras estruturas metlicas, eletrodutos e invlucros metlicos. A barreira possui seu terra - responsvel pelo caminho de retorno para as correntes excessivas provenientes da falha, isolado do terra estrutural, ligado diretamente ao terra do sistema por um condutor de baixa impedncia.

96

Figura 36 - Circuitos Intrinsecamente Seguros[35] Normalmente so vrias barreiras montadas sobre um mesmo

barramento de terra e a conexo de cada barreira com este barramento deve ser efetiva (de boa qualidade). A resistncia entre o terminal de aterramento do barramento de terra das barreiras e o terra do sistema deve ser inferior a 1 ohm. O barramento de terra deve ser isolado de qualquer outro plano de terra e deve ser conectado terra do sistema em um nico ponto. Na Alemanha em funo da existncia de um sistema de equalizao de potencial que se estende por toda a rea onde esto instalados os circuitos intrinsecamente seguros, permitido o aterramento na prpria rea classificada como apresenta a figura 37.

97

Figura 37 - Invlucro Metlico[35] A corrente de falha que circula pela estrutura metlica poderia permitir uma elevao de potencial indevida para a rea classificada, porm toda a estrutura metlica neste tipo de sistema conectada ao condutor de equalizao de potencial resultando em um excelente aterramento. Apesar das diversas prticas de aterramento utilizadas em diversos pases, o requisito fundamental para a segurana a existncia de um caminho de baixa impedncia para o retorno das correntes de falha e de uma estrutura de aterramento que evite a existncia de potenciais distribudos. A norma brasileira que regulamenta a instalao de equipamentos eltricos em atmosferas potencialmente explosivas NBR-5418[36] estabelece que os circuitos intrinsecamente seguros podem ser:

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a) isolados da terra; b) conectados a um ponto do condutor de equalizao de potencial se este existir em toda a rea onde esto instalados todos os circuitos intrinsecamente seguros; c) ligados a terra em um nico ponto, se o aterramento for necessrio para fins funcionais ou de proteo. O mtodo de instalao deve ser escolhido levando em conta os

requisitos funcionais dos circuitos, conforme instrues do fabricante. Mais de uma conexo ao terra permitida desde que o circuito seja dividido e que cada parte aterrada seja galvnicamente isolada das demais e com somente um ponto de aterramento para cada uma delas. Se os circuitos forem isolados do terra deve ser dada ateno especial a possveis riscos causados por cargas eletrostticas. Circuitos intrinsecamente seguros podem ser aterrados se necessrio por razes de segurana como o caso das barreiras sem isolao galvnica. Nos circuitos intrinsecamente seguros os terminais de aterramento das barreiras sem isolao galvnica devem ser: a) conectados ao condutor de equalizao de potencial atravs da menor distncia possvel; b) somente para sistemas TN-S - sistema de potncia com neutro aterrado, porm com condutores isolados, conectados a um ponto de terra de alta qualidade de forma que a impedncia deste ponto at o ponto de aterramento do sistema de potncia seja inferior a 1 ohm. A seo transversal da conexo a terra deve ser feita por:

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a) no mnimo dois condutores separados, suportando cada um deles a mxima corrente de curto-circuito, possuindo cada um deles uma seo de no mnimo 1,5 mm2 de cobre, ou b) um condutor com seo de no mnimo 4 mm2 de cobre. Nota: Aterramento de circuitos intrinsecamente seguro