Atmósferas explosivas y áreas peligrosas: protección contra sobretensiones
Las atmósferas explosivas se forman cuando una concentración suficiente de sustancias inflamables, como gases, vapores o polvo combustible, se mezcla con el oxígeno del aire. La presencia de una fuente de ignición, como una chispa, una llama o calor, puede desencadenar una rápida reacción de combustión que provoque una explosión.
Las industrias químicas y las estaciones de servicio son ejemplos comunes de zonas peligrosas con atmósferas explosivas. Estas zonas se definen como peligrosas debido al alto riesgo de incendios y explosiones provocados por rayos y picos de tensión.
Es importante señalar que deben adoptarse medidas de protección de seguridad para minimizar el riesgo de explosiones, prevenir daños materiales causados por rayos y garantizar la disponibilidad de las plantas. Esto incluye el uso de equipos intrínsecamente seguros, un sistema de puesta a tierra eficaz y lo necesario. dispositivos de protección contra sobretensiones.
Clasificación de zonas peligrosas
Dos directivas ATEX exigen a los fabricantes y empleadores que cumplan los requisitos establecidos para mejorar la salud y la seguridad de los trabajadores, los equipos y los sistemas de protección expuestos a riesgos derivados de atmósferas potencialmente explosivas.
Las áreas con atmósferas potencialmente explosivas se clasifican en zonas según la frecuencia y la duración de la presencia de atmósferas explosivas. La clasificación ayuda a determinar el nivel de protección necesario (Tabla 1).
Tabla 1: Clasificación de zonas peligrosas
Las directivas ATEX se aplican a una amplia gama de industrias, entre ellas las del petróleo y el gas, la química, la farmacéutica y la minera. La clasificación de zonas desempeña un papel crucial en la evaluación de riesgos, la selección de equipos, las medidas de seguridad y la gestión general de peligros en áreas donde pueden producirse atmósferas explosivas (Figura 1).
Protección contra rayos para zonas peligrosas
Se debe diseñar un sistema integral de protección contra rayos para zonas peligrosas que incluya un sistema de captación de aire, puesta a tierra y conexión equipotencial entrelazada. El sistema debe cumplir los requisitos establecidos en la norma IEC 62305.
La clase LPS II se determina utilizando el método de la esfera rodante para áreas potencialmente explosivas. Sin embargo, en caso de que un rayo impacte en el sistema de terminación aérea, pueden producirse chispas en el punto de impacto. Para evitar chispas inflamables, los sistemas de terminación aérea deben instalarse fuera de las zonas Ex.
Las estructuras metálicas pueden ser sistemas naturales de terminación de aire si alcanzan un espesor mínimo de material de 5 mm. Se requiere un LPS aislado con una distancia de separación adecuada para eliminar el riesgo de chispas o explosión de materiales combustibles.
Figura 1: División básica de una instalación en zonas de protección contra rayos.
Puesta a tierra y conexión equipotencial
Todas las partes conductoras están conectadas a tierra mediante un sistema de conexión equipotencial entrelazado con intervalos de 20 m a nivel del suelo.
El sistema de conexión equipotencial interconectado consiste en interconectar todos los elementos conductores para crear una red en la que compartan el mismo potencial eléctrico. La sección transversal del conductor de cobre de puesta a tierra para la conexión equipotencial debe ser de al menos 4 mm.2.
La conexión a tierra ayuda a prevenir la acumulación de cargas estáticas en equipos o superficies, lo que reduce la probabilidad de que se produzcan chispas que puedan inflamar gases, vapores, nieblas o polvo inflamables en atmósferas explosivas. Es recomendable instalar un sistema de conexión a tierra independiente para cada edificio o parte de una instalación.
El uso de conductores resistentes a la corrosión, métodos de unión y recubrimientos protectores es fundamental para mantener la integridad a largo plazo en zonas explosivas.
Además, la distancia de separación adecuada entre el sistema de terminación aérea o los conductores descendentes debe regularse de acuerdo con los requisitos de la norma IEC 62305. Se pueden aplicar conductores descendentes aislados y resistentes a alta tensión cuando no es fácil mantener la distancia de separación.
Figura 2: Sistema de conexión a tierra entrelazado.
Protección contra sobretensiones para zonas peligrosas
En áreas con atmósferas explosivas, a menudo se requieren sistemas y dispositivos eléctricos intrínsecamente seguros (IS). Estos sistemas están diseñados para limitar la energía eléctrica a niveles por debajo del umbral de ignición, evitando chispas o efectos térmicos que podrían provocar la ignición.
Los sistemas IS contribuyen a la seguridad general al minimizar el riesgo de que los equipos eléctricos se conviertan en una fuente de ignición. Las barreras IS actúan como una barrera protectora entre el sistema de control y la zona peligrosa, evitando que la energía excesiva llegue a atmósferas potencialmente explosivas.
Sin embargo, las barreras IS no son protectores contra sobretensiones. Las barreras IS están diseñadas específicamente para limitar la energía en áreas peligrosas y evitar la ignición, mientras que los protectores contra sobretensiones están destinados a proteger los equipos electrónicos en áreas no peligrosas contra picos de tensión transitorios.
Por lo tanto, se debe seguir aplicando protección contra sobretensiones para proteger los circuitos IS de las sobretensiones transitorias.
La instalación de un circuito de medición intrínsecamente seguro.
El principio de funcionamiento de un sistema eléctrico intrínsecamente seguro consiste en garantizar que el nivel de energía eléctrica y térmica se mantenga por debajo de los umbrales de ignición en atmósferas potencialmente explosivas.
Los sistemas intrínsecamente seguros incorporan componentes como sensores, transmisores e interruptores que están diseñados específicamente para minimizar los niveles de energía. El aislamiento galvánico se utiliza a menudo para separar los circuitos eléctricos y evitar el flujo de corriente excesiva.
Estos sistemas están certificados por organismos reguladores según normas como ATEX o el Código Eléctrico Nacional (NEC), y se instalan habitualmente en zonas peligrosas donde existe riesgo de atmósferas explosivas.
Una forma típica de instalar un circuito de medición intrínsecamente seguro, que consiste en una combinación de un aparato eléctrico asociado, una instalación de cable intrínsecamente segura, un transmisor de temperatura (separado galvánicamente del elemento sensor) y los dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) correspondientes necesarios.
El aislador se encuentra en el armario de instrumentación y control de la sala de control, mientras que el transmisor de temperatura, situado en un tanque con líquido combustible, tiene su elemento sensor directamente en la zona Ex 0.
El transmisor, situado en la zona Ex 1, está conectado de forma segura y permanente al depósito metálico a través de su carcasa metálica. La conexión entre los dos dispositivos se establece mediante un cable blindado intrínsecamente seguro. Tanto la estación de medición como los depósitos forman parte de un sistema de puesta a tierra en malla.
Protección contra sobretensiones para un circuito de medición intrínsecamente seguro
Figura 3: Dispositivos de protección contra sobretensiones en un circuito de medición intrínsecamente seguro.
Para protegerse contra los riesgos relacionados con los rayos tanto en la sala de control como en las zonas peligrosas, la instalación requiere dos dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) en el circuito intrínsecamente seguro. Uno de los SPD protege el aislador de la sala de control y el otro protege el transmisor del tanque.
El SPD del tanque no solo evita descargas de chispas peligrosas al conductor del sensor, sino que también proporciona protección contra explosiones. Al conectar los cables de señal, los cables no utilizados y los blindajes de cable abiertos al circuito, los SPD evitan la corriente de compensación durante el funcionamiento normal. En caso de sobretensiones peligrosas, los extremos abiertos de los cables se conectan a la conexión equipotencial a través del SPD, lo que evita la creación de chispas.
Los dispositivos de protección contra sobretensiones FRD ayudan a proteger la costosa tecnología de medición contra la influencia de las sobretensiones provocadas por descargas atmosféricas. Ofrecen una protección óptima para aplicaciones de medición y control de dos o cuatro polos.
Dispositivo de protección contra sobretensiones SPD para datos, sistemas MCR, circuitos de medición intrínsecamente seguros, dispositivos de campo, sensores de flujo, sensores de temperatura.
SPD para circuitos de medición intrínsecamente seguros FDB2-24
Descargador de sobretensiones con circuito de protección de baja capacitancia para proteger circuitos de medición y sistemas de bus intrínsecamente seguros. Aplicación: sensores de flujo, sensores de temperatura.
- Fácil de montar en el prensaestopas de repuesto de los dispositivos de campo.
- Autocapacitancia y autoinductancia insignificantes.
- Carcasa de acero inoxidable con encapsulado resistente a la presión.
Tratamiento de blindaje de cables intrínsecamente seguros
El blindaje en los cables se emplea a menudo para evitar la entrada o salida de interferencias electromagnéticas (EMI) o interferencias de radiofrecuencia (RFI). El blindaje puede minimizar el impacto de las interferencias electromagnéticas externas en las señales transmitidas dentro del cable. Esto es especialmente importante en circuitos sensibles utilizados en zonas peligrosas.
Figura 4: El tratamiento de blindaje de los cables intrínsecamente seguros.
Una conexión a tierra adecuada garantiza la eficacia de los blindajes, que actúan como una vía conectada a tierra para las corrientes no deseadas, evitando que circulen por los conductores del cable y puedan provocar chispas o puntos calientes.
Conecte a tierra el blindaje en ambos extremos del cable en áreas peligrosas solo cuando no haya diferencias de potencial entre los puntos de conexión a tierra y se haya instalado un conductor de conexión a tierra aislado en paralelo a los cables intrínsecamente seguros, que esté conectado al blindaje del cable en cualquier punto y esté aislado nuevamente.
Además, las barras de refuerzo conectadas de forma permanente y continua pueden utilizarse como conductores de conexión equipotencial para conectarse a la barra de conexión equipotencial en ambos extremos.
