instalaciones eléctricas especiales en ambientes con riesgo de incendio y explosión

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Instalaciones elctricas especiales en ambientes con riesgo de incendio y explosin

1. INTRODUCCIN

Con el fin de evitar los riesgos derivados del uso de la electricidad en ambientes potencialmente explosivos, se han desarrollado diferentes tcnicas de proteccin de acuerdo a unas determinadas Normas y Reglamentos vigentes en Europa.

Esta gua muestra un resumen de los aspectos ms significativos, as como los riesgos ms importantes y su control para la minimizacin de prdidas.

2. CLASIFICACIN DE EMPLAZAMIENTOS CON RIESGO DE INCENDIO Y EXPLOSIN

Para establecer los requisitos que han de satisfacer los distintos elementos constitutivos de una instalacin elctrica en una emplazamiento peligroso, se clasifica a los mismos segn dos aspectos: De acuerdo con las sustancias presentes y segn la probabilidad de presencia de atmsfera explosiva. De acuerdo a esto, se clasifican en :

l EMPLAZAMIENTOS DE CLASE I: Aquellos lugares en los que hay o puede haber gases, vapores o nieblas en cantidad suficiente para producir atmsferas explosivas inflamables.

Estos emplazamientos pueden dar lugar a zonas que en funcin de su peligrosidad se denominan:

Zona 0: Es aquella en la que una atmsfera de gas explosiva est presente de forma continua, o se prev que est presente durante largos perodos de tiempo o cortos perodos pero que se producen continuamente.

Zona 1: Es aquella en la que una atmsfera de gas explosiva se prev pueda estar de forma peridica u ocasional durante el funcionamiento normal.

Zona 2: Es aquella en la que no se prev que una atmsfera de gas explosiva pueda estar presente en funcionamiento normal y si lo est, ser de forma poco frecuente y de corta duracin.

Estas zonas se determinarn de acuerdo a la norma UNE 20.322-86.

l EMPLAZAMIENTOS DE CLASE II: Aquellos lugares en los que el riesgo se debe a la presencia de polvo combustible, excluyendo los explosivos propiamente dichos.

Segn la MI BT026, dentro de esta clase hay que diferenciar:

Zona Z (con nubes de polvo): Es aquella en la que hay o puede haber polvo combustible durante las operaciones normales de funcionamiento, puesta en marcha o limpieza, en cantidad suficiente para producir una atmsfera explosiva.

Zona Y (con capas de polvo): Es aquella que no est clasificada como Zona Z, pero en la cual pueden aparecer acumulaciones de capas de polvo combustible a partir de las cuales pueden producirse atmsferas explosivas.

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l EMPLAZAMIENTOS CLASE III: Aquellos en los que el riesgo se deber a la presencia de fibras o materias voltiles fcilmente inflamables, pero en los que no es probable que estas fibras o materias voltiles estn en suspensin en el aire en cantidad suficiente como para producir atmsferas explosivas.

3. MODOS DE PROTECCIN

Consisten en una serie de requerimientos tcnicos aplicables al diseo, produccin y control de los equipos elctricos, para asegurar que sean aptos para trabajar dentro de una atmsfera potencialmente explosiva y evitar que provoquen la ignicin de la atmsfera circundante.

En general se basa en los siguientes principios:

l Segregar mediante una barrera fsica las partes susceptibles de inflamar el gas del ambiente.

l Limitar la energa que se puede aplicar a la eventual mezcla inflamable.

l Confinamiento de una eventual explosin dentro de la envolvente del equipo elctrico.

Los modos de proteccin existentes son los siguientes:

A) Envolvente antideflagrante "d"

Se denomina as la envolvente de un aparato elctrico capaz de soportar la explosin interna de una mezcla inflamable que haya penetrado en su interior, sin sufrir avera en su estructura y sin transmitir la inflamacin interna, por sus juntas de unin u otras comunicaciones, a la atmsfera explosiva exterior compuesta por cualquiera de los gases o vapores para los que est prevista.

Este modo de proteccin no tiene limitaciones de potencia o tensin y es aplicable a todos los equipos, bien sean de maniobra y proteccin de mquinas, rotativas, luminarias, comunicaciones, transformadores, etc.

Las normas para su construccin son las siguientes:

l UNE 21-820-89

l CEI 79-11 (1984)

l EN 50.020 (1977) + E1 (1979) + E2 (1985)

B) Seguridad aumentada "e"

Se denomina proteccin por seguridad aumentada aquella en la que se toman cierto nmero de precauciones especiales para evitar, con un coeficiente de seguridad elevado, calentamientos inadmisibles o la aparicin de arcos o chispas en aparatos que en servicio normal no las producen.

Este modo de proteccin puede ser aplicado a aquel equipo o material elctrico que en condiciones normales no produzca arcos, chispas ni calentamientos excesivos. El empleo de este modo se centra en dispositivos con devanados (transformadores, motores asncronos, electroimanes, ...), elementos de conexin, luminarias y sistemas de caldeo.

Las normas de construccin para este modo de proteccin son:



l UNE 20329-72

l CEI 79-7 (1969)

l EN 50.019 (1977) + E1 (1979) + E2 (1983) + E3 (1985)

C) Seguridad intrnseca "i"

Se denomina proteccin por seguridad intrnseca de un circuito o una parte de l, aquella en la que cualquier chispa o efecto elctrico que pueda producirse, normal o accidentalmente, es incapaz de provocar en las condiciones de ensayo prescritas, la ignicin de la mezcla inflamable para la cual se ha previsto dicho circuito o parte del mismo.

Las aplicaciones de este modo de proteccin estarn restringidas a circuitos elctricos y electrnicos en los cuales se manejan bajas tensiones, corrientes y potencias.


l UNE 21-820-89

l CEI 79-11 (1984)

l EN 50.020 (1977) + E1 (1979) + E2 (1985)

D) Inmersin en aceite "o"

Se denomina proteccin por inmersin en aceite aquella en la que la proteccin del material elctrico se realiza de forma que no puedan inflamarse los gases o vapores inflamables que se hallen por encima del nivel de aceite y en el exterior de la envolvente.

Este modo de proteccin est prcticamente en desuso. Se utiliza ocasionalmente para transformadores e interruptores de pequeo volumen de aceite.


l UNE 20-326-70 UNE 21-815-89

l CEI-79-6 (1968)

l EN 50.015 (1977) + E1 (1979)

E) Sobrepresin interna "p"

Se denomina proteccin por sobrepresin interna aquella en la que las mquinas o materiales elctricos estn provistos de una envolvente o instalados en una sala en la que se impide la entrada de los gases o vapores inflamables, manteniendo en su interior aire u otro gas inerte a una presin superior a la de la atmsfera exterior.

Este modo de proteccin suele aplicarse a equipos de potencias muy elevadas (motores de ms de 500 KW), a la adaptacin de equipos convencionales no existentes en el mercado con un modo de proteccin



especfico (p.e. un osciloscopio) o a grupos de equipos como es el caso de salas de control ubicadas en emplazamientos clasificados que contienen en su interior dispositivos de control de procesos de datos y comunicaciones, o bien aparamenta de distribucin de potencia e incluso salas destinadas a oficinas. La extensin de esta tcnica a dispositivos con fuente interna de desprendimiento de gases, como en el caso de mltiples analizadores de proceso, ha permitido la operacin de stos en condiciones aceptables de seguridad.


l UNE 29.319-78 IR UNE 21-816-89

l CEI 79-2 (1983)

l EN 50.016 (1977) + E1 (1979)

F) Aislante pulverulento "q"

Se denomina proteccin de relleno de aislante pulverulento aquella en la que las partes bajo tensin del material elctrico estn completamente sumergidas en una masa de aislante pulverulento (tal como cuarzo u otro material similar) que cumple con determinadas condiciones.

Se acostumbra a utilizar en la fabricacin de condensadores.


l UNE 20.321-71 UNE 21-817-89

l CEI 79-5 (1967) + 79-5A (1969)

l EN 50.017 (1977) + E1 (1979)

G) Encapsulado "m"

Modo de proteccin en el que los elementos a proteger estn encerrados (envueltos) en una resina, de tal manera que una atmsfera explosiva no pueda ser inflamada ni por chispa ni por contacto con puntos calientes internos del encapsulado.

En la actualidad se viene aplicando como modo complementario a otros modos, como por ejemplo para contener material asociado de seguridad intrnseca (fuentes de alimentacin, barreras de seguridad, ...), recubriendo las partes activas que no son de seguridad intrnseca. Representa una buena solucin econmica respecto a otras, tales como la envolvente antideflagrante o el relleno pulverulento.Tambin puede aplicarse individualmente como cualquier otro modo de proteccin.

Es un modo de proteccin que no requiere una especial atencin en cuanto a su mantenimiento ya que los equipos dotados de este modo forman un conjunto monoltico y por lo general, sin posibilidad de reparacin.

La norma que se aplica a su construccin es la EN 50.028 (1987).

H) Otros modos de proteccin

Modo de proteccin combinado "de"

Consiste en realizar pequeas cmaras antideflagrantes que alberguen nicamente los contactos elctricos donde se producen los arcos elctricos.

Respiracin restringida "n"

Modo de proteccin aplicado a un material elctrico de modo que en funcionamiento normal no sea capaz de inflamar una atmsfera explosiva circundante, ni presentar, de modo probable, un defecto capaz de provocar una inflamacin.

Norma: CEI 79-15 (1987)



Sellado hermtico "h"

Modo de proteccin aplicado a las posibles fuentes de ignicin, las cuales estarn encerradas en una envolvente hermtica a la entrada de gas y disponiendo de la resistencia mecnica adecuada.

En la actualidad no existe normativa.

Proteccin especial "s"

El modo de proteccin especial concierne a medidas constructivas no recogidas en las anteriores normas, con el objeto de obtener un elevado coeficiente de seguridad.

4. CERTIFICADOS Y MARCADO

El material elctrico a emplear en emplazamientos con atmsfera explosiva, dotado con alguno de los modos de proteccin citados anteriormente, debern poseer un certificado de conformidad extendido por un laboratorio acreditado de acuerdo con una norma UNE, con una norma europea EN, con una recomendacin CEI.

Los modos de proteccin "n", "h" y "s" debern contar con un "certificado de control", expedido por un laboratorio acreditado. En ste se atestiguar que este material elctrico presenta un nivel de seguridad, al menos equivalente al de los materiales conforme a las normas citadas. Sin embargo, su aceptacin no es automtica en la CEE, en ocasiones ser preciso que sea certificado, por el laboratorio acreditado del pas donde va a ser instalado (en Espaa el Laboratorio Oficial Madariaga, LOM).

Todo material elctrico que comporte alguno de los modos de proteccin anteriormente descritos, debern estar marcados de acuerdo con las normas: CEI 79-0, EN 50.014 y UNE 20.323-78 y la norma especfica aplicable.

Ex: material para ambientes explosivos.

Eex: dem, construido segn normas europeas EN.

d,e,i,p.o.q.: sistema de proteccin.

I: para minas grisuosas.

II: para industrias distintas de minas.

A,B,C: grupo de gas.

T1....T6: clase de temperatura.

5. NDICES DE PROTECCIN

Segn la norma UNE 20.324-79, ndice de proteccin es la cualidad convencional asignada a una envolvente de equipo elctrico, en cuanto a:

l Entrada de cuerpos extraos.

l Entrada de agua.

l Resistencia al impacto.

Se especifica con las siglas IP seguidas de dos o tres dgitos:

1er dgito: Indica la proteccin frente a la entrada de slidos.

2 dgito: Indica la proteccin contra la entrada de agua.



Los significados de cada uno de stos se recogen en la siguiente tabla:

1 cifra

(proteccin contra los cuerpos slidos)

2 cifra

(proteccin contra los lquidos)

IP IP

0 Sin proteccin 0 Sin proteccin

1Protegido contra cuerpos slidos superiores a 50 mm (ej.: contactos involuntarios de la mano)

1Protegido contra las cadas verticales de gotas de agua (condensacin).

2Protegido contra cuerpos slidos superiores a 12 mm (ej.: dedos de la mano)

2 Protegido contra las cadas de agua hasta 15 de la vertical.

3Protegido contra cuerpos slidos superiores a 2,5 mm (ej.: herramientas, cables, ...)

3 S

Protegido contra el agua de lluvia hasta 60 de la vertical.

4Protegido contra cuerpos slidos superiores a 1 mm (ej.: herramientas, cables, ...)

4 S

Protegido contra las proyecciones de agua en todas direcciones.

5 Protegido contra el polvo (sin sedimentos perjudiciales)5 S S

Protegido contra el lanzamiento de agua en todas direcciones

6 Totalmente protegidos contra el polvo. 6Protegido contra el lanzamiento de agua similar a los golpes del mar

7 S S Protegido contra la inmersin.

8 S S ...m

Protegido contra los efectos prolongados de inmersin bajo presin.

6. INSTALACIONES ELCTRICAS EN EMPLAZAMIENTOS CLASIFICADOS

Seleccin del material

La instalacin del equipo elctrico en emplazamientos peligrosos cumplir con las normas y recomendaciones para instalaciones industriales, y con un modo de proteccin adecuado a las condiciones ambientales, mecnicas, qumicas y trmicas.

Para la seleccin del material elctrico apropiado, se precisa la siguiente informacin:

l Clasificacin del emplazamiento (zonas).

l Temperatura de inflamacin de los gases, vapores, polvos o fibras.

l Grupo de gases previsto.

l Influencias externas y temperatura ambiente a que ser sometido el material.

El material elctrico deber cumplir simultneamente que su modo de proteccin sea el adecuado a la zona y que su clase trmica no exceda la temperatura de ignicin del gas.

Ejemplos

l En el interior de una cabina de pintura (disolventes a base de tolueno) por arrastre de agua en una empresa del sector de la madera:

Se trata de un emplazamiento de Clase I, clasificado como ZONA 0.

Las luminarias e instalaciones elctricas debern ir provistas de un modo de proteccin (Ex), para industrias del tipo II, grupo A, clase de temperatura T1.



Ejemplo de marcado: EExd IIA T1.

l En una sala de mquinas de compresores para cmaras frigorficas utilizando como refrigerante amoniaco.

Se trata de un emplazamiento de Clase I, clasificado como ZONA 2.

Las luminarias debern ir provistas de un modo de proteccin (Ex), para industrias del tipo II, grupo A, clase de temperatura T1.

Proteccin contra contactos indirectos

Para las configuraciones de las redes de baja tensin, objeto de la Instruccin MIBT 008, se observarn las siguientes prescripciones:

a. Redes de conducto neutro y conductos de proteccin puesta a tierra en un mismo punto y separados entre s en el conjunto de la red (redes TN-S). No debern conectarse entre s ambos conductores, excepto en el punto de puesta a tierra de la red, ni combinarse neutro y proteccin en un solo conductor.

b. Redes con funciones combinadas de neutro y proteccin en un solo conductor, en el conjunto de la red (redes TN-C). Este tipo de red no est permitido, dado que la carga del neutro puede originar diferencias de potencial entre masas que pueden resultar peligrosas.

c. Redes con neutro conectado directamente a tierra y masa puesta a tierra en puntos diferentes al anterior (redes TT). Este tipo de red se admite para Zona 1, siempre que est protegido por un dispositivo de corriente diferencial residual, incluso si se trata de un circuito de pequea tensin de seguridad (tensin inferior a 50 V). Este tipo de red no se permite en Zona 0.

d. Redes con neutro aislado o unido a tierra travs de una impedancia que limita la corriente de defecto (redes I.T.). Las instalaciones situadas en Zona 0 debern desconectarse instantneamente en caso de primer fallo a tierra, bien por el dispositivo de control de aislamiento o bien por un dispositivo de corriente residual.

e. Redes de cualquier nivel de tensin aisladas en Zona 0. Deber prestarse especial atencin en limitar, en amplitud y duracin, las corrientes de cortocircuito. Deber instalarse una proteccin instantnea contra defectos a tierra.

En Zonas 0 y 1, y recomendablemente tambin en Zona 2, deber instalarse una red equipotencial de masas. La seccin mnima de conductos ser de 10 mm2 de cobre.

Proteccin contra electricidad esttica

Cada caso requerir un estudio particular, generalmente las medidas de seguridad se basan fundamentalmente en derivar a tierra las cargas producidas en el proceso. La resistencia de fuga a tierra del orden de 1 MO es suficiente para prevenir dichas acumulaciones, si bien es importante no superar nunca ese valor.

Proteccin catdica

Las piezas metlicas con proteccin catdica situadas en emplazamientos peligrosos pueden ser elementos activos potencialmente peligrosos.

En emplazamientos situados en Zona 0, no estar permitida la proteccin catdica, salvo si est especialmente concebida para esta aplicacin.



Protecciones de sobreintensidad

Para evitar los efectos de sobreintensidad, todos los circuitos, exceptuando los de seguridad intrnseca, debern ir provistos de dispositivos de proteccin contra sobrecargas y cortocircuitos. En Zonas 0 y 1, el rearme tras un disparo debe ser manual y los rels trmicos tienen que ser diferenciales para evitar el funcionamiento de motores con dos fases.

Seccionamiento y parada de emergencia

Cuando los circuitos situados en rea peligrosa son alimentados desde zona segura, deber instalarse un dispositivo de seccionamiento de dichos circuitos en zona segura que permita su intervencin en caso de emergencia. Los equipos pueden ser convencionales.

Los equipos que en caso de emergencia tengan que seguir en servicio debern alimentarse por medio de un circuito independiente.

Canalizaciones elctricas

Las canalizaciones elctricas debern cumplir con las prescripciones MIBT 006, 017 y 018, as como con los requisitos siguientes:

l No sern usados cables aislados sin cubierta exterior como conductores activos, salvo en el conexionado interior de aparatos elctricos o en canalizaciones bajo tubo.

l Los conductores estarn sobredimensionados un 15 por 100 con respecto a la intensidad nominal en una instalacin convencional.

l Todas las canalizaciones superiores a 5 m debern disponer de una proteccin contra cortocircuitos y sobrecargas.

l Los orificios no utilizados debern cerrarse mediante tapones adecuados a modo de proteccin.

l El punto de transicin de una canalizacin elctrica de una zona a otra o de un emplazamiento peligroso a otro seguro deber estar sellado de modo que no permita el paso de vapores o lquidos inflamables.

Instalacin en Zona 0

Cuando se utilicen instalaciones elctricas en Zona 0, deber preverse un alto nivel de seguridad, teniendo encuentra tanto las condiciones ambientales especficas como los requerimientos trmicos, mecnicos, qumicos, elctricos, fenmenos electrostticos y de corrosin.

Instalacin de circuitos en seguridad intrnseca

Las instalaciones de circuitos en seguridad intrnseca debern cumplir los siguientes requisitos:

l Las bornas o dispositivos de conexin sern los adecuados y fiables en su cometido.

l Siempre que sea posible, el alojamiento de bornas ser distinto del que contienen circuitos que no sean de



seguridad intrnseca. Si no es posible, las bornas de seguridad intrnseca debern distanciarse como mnimo a 50 mm del resto de circuitos o separarse por medio de tabique aislante.

l Los circuitos de seguridad intrnseca debern cablearse con conductores aislados, cuyo grado de aislamiento sea como mnimo de 500 V. Debern separarse de los que no son de seguridad intrnseca con el fin de evitar autoinducciones, a no ser que uno u otro circuito estn rodeados por una pantalla conectada a tierra.

Sistema de entrada

l Entrada directa: La entrada de cable se realiza directamente a la envolvente, antideflagrante que puede contener una posible fuente de ignicin, protegindola ya sea con cortafuegos, si la instalacin se realiza con tubo, o con prensaestopas, si la instalacin es con cable armado.

l Entrada indirecta: Este modo dispone de dos envolventes, una que contiene la posible fuente de ignicin y otra de conexin. Ambas cmaras estarn unidas mediante pasamuros del mismo modelo de proteccin que las envolventes.

Cuadros y equipos especiales

l El sistema de proteccin utilizado en la construccin de cuadros y equipos para zonas potencialmente explosivas es el de envolvente antideflagrante, que consiste en ensamblar diversas cajas con esta proteccin situando en su interior equipos elctricos convencionales.

l Los elementos de unin mecnica y elctrica, as como los pasos hacia el exterior de las envolventes de los pulsadores y actuadores rotativos deben tambin disponer de las tolerancias y longitudes de junta que especifican las normas y estar debidamente certificados.

l La eleccin del tipo de cajas y su disposicin se realiza en funcin del tamao del equipo elctrico que debe albergar, as como de la energa de disipacin de dichos componentes, con el fin de evitar temperaturas excesivas en la superficie de las envolventes.

l Los equipos y cuadros se suministran para montaje mural o bien sobre bastidores autoportantes.

7. CONCLUSIONES

l Aquellos equipos elctricos instalados en un emplazamiento peligroso debern ir provistos de elementos de proteccin adecuados.

l El emplazamiento peligroso se clasifica de acuerdo con las sustancias presentes y segn la probabilidad de presencia de atmsfera explosiva.

l El modo de proteccin a utilizar depender del aparato elctrico sobre el que se va a aplicar.

l El material elctrico dotado con algn modo de proteccin deber poseer un certificado de conformidad extendido por un laboratorio acreditado.

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