Modos de protección MATERIAL ELÉCTRICO Prof. Carlos Fernández Ramón Modos de protección MATERIAL ELÉCTRICO Definición: Reglas constructivas de los materiales y equipos eléctricos de forma tal que puedan ser aptos para su empleo con seguridad en una ambiente potencialmente explosivo Impedir, con un coeficiente de seguridad elevado, que, arcos, chispas o calentamientos, producidos por los equipos eléctricos provoquen la ignición de una atmósfera explosiva 1
Modos de protección Seguridad Condiciones de funcionamiento P* Categoría Alta Con un defecto 10-6 M2 Muy alta Cos dos defectos Disfunciones raras 10-12 M1 *P = probabilidad de aporte energético (P = 1 para un equipo convencional) Modos de protección Minería GRUPO I Categoría M1 M2 Nombre Seguridad intrínseca (nivel a) Encapsulado (nivel de protección a) Envolvente antideflagrante Seguridad aumentada Seguridad intrínseca (nivel de protección b) Sobrepresión interna Encapsulado (nivel de protección b) Relleno pulverulento Inmersión en aceite Símbolo ia ma d e ib p mb q o 2
Modos de protección Grupo I MÉTODO Confinar la explosión Separar la fuente energética de la atmósfera explosiva Reducir la energía o los calentamientos MINAS M1 ma M1 M1 d M1 mb, p, q, o M1 ia e, ib Símbolo - o p q d e i m n Contenido Reglas generales Inmersión en aceite Presurización Relleno pulverulento Envolvente antideflagrante Seguridad aumentada Seguridad intrínseca Encapsulado na nr nl Simplificado nc np CEI Modos de protección Normas CENELEC Gases CENELEC EN 50014 EN 50015 EN 50016 EN 50017 EN 50018 EN 50019 EN 50020 EN 50021 EN 50021 CEI CEI 60079-0 CEI 60079-6 CEI 60079-2 CEI 60079-5 CEI 60079-1 CEI 60079-7 CEI 60079-11 CEI 60079-18 CEI 60079-15 3
Modos de protección Otras Símbolo?a SYS FISCO FNICO - - e Normas Contenido Requisitos especiales para categoría 1G (no minas) Requisitos especiales para categoría M1 (minas) Sistemas de seguridad intrínseca (no minas) Sistemas de seguridad intrínseca (minas) Sistemas de seguridad intrínseca Buses de campo Pistolas de proyección electrostática Lámparas de casco para minería Cintas calefactoras CENELEC EN 50284 EN 50303 EN 50039 EN 50394 - EN 50050 EN 62013-1 - CEI CEI 60079-26 - CEI 60079-25 - CEI 60079-27 - CEI 62013-1 CEI 62086-1 Envolvente antideflagrante d L e Modo de protección en el cual el material eléctrico, capaz de inflamar una atmósfera explosiva, está contenido en una envolvente resistente a la presión de una eventual explosión interna, al mismo tiempo que impide su transmisión a la atmósfera circundante 4
Envolvente antideflagrante d Aplicaciones Motores de cualquier tipo Luminarias Aparamenta eléctrica en general Sensores y transductores Sistemas electrónicos Dispositivos de respiración y drenaje Limitaciones Peso y volumen de los equipos No pueden existir fuentes de gas en el interior Geometría interna (precompresión) Envolvente antideflagrante d 5
Envolvente antideflagrante d Envolvente antideflagrante d 6
Seguridad aumentada e Modo de protección consistente en aplicar ciertas medidas con el fin de evitar, con un coeficiente de seguridad elevado, la posibilidad de temperaturas excesivas y la aparición de arcos o chispas en el interior y sobre las partes externas del material eléctrico, que no se pr oducen en condiciones. normales Limitaciones Seguridad aumentada e Aplicaciones Motores con rotor de jaula Luminarias Instrumentos de medida Transformadores de medida Balastos Cajas y terminales de conexión Cintas calefactoras Aparatos que en condiciones normales no produzcan chispas Motores U N <11 kv Calidad de los bobinados Densidad de corriente Calidad de los aislamientos y distancias Mantenimiento de los equipos Protecciones eléctricas 7
Seguridad aumentada e Seguridad aumentada e 8
Envolvente antideflagrante d I< I< I< Protección T MAX -Ta??(K) Calentamiento para el servicio asignado Bloqueo T N -Ta t t E 9
Seguridad intrínseca i R L V C Se define la seguridad intrínseca como las medidas adoptadas en un circuito eléctrico para que ninguna chispas, arco o efecto térmico, producidos en las condiciones de ensayo previstas en la norma, bien sea en funcionamiento normal o en las condiciones específicas de fallo, sea capaz de provocar la inflamación de una atmósfera explosiva dada Seguridad intrínseca i Aplicaciones Circuitos de señal Instrumentación Fuentes de alimentación Aparatos portátiles Limitaciones Integración en sistemas Interconexión de equipos Solo para pequeñas potencias 10
Seguridad intrínseca i CATEGORÍA ia K=1,5 NIVEL DE PROTECCIÓN: operación normal o con un fallo Más seguro K=1 con dos fallos independientes Pueden trabajar con Metano > 1% ib K=1,5 operación normal o con un fallo K=1 con un fallo (+ condiciones) No pueden trabajar con Metano > 1% CATEGORÍA (actual definición en EN50020) NIVEL DE PROTECCIÓN (propuesta para evitar confusión con 94/9/CE) Seguridad intrínseca i Mecanismos de ignición Chispa o arco ENERGÍA DE INFLAMACIÓN Grisú (CH4) 280 µj Superficie caliente TEMPERATURA SUPERFICIAL T metano 350 ºC T polvo de carbón 150 ºC 11
Seguridad intrínseca i Tipos de aparatos Solo algunas partes del circuito son de seguridad intrínseca. Equipos asociados Equipos Ex i Previstos para ser ubicados en zona segura [EEx ia] IIC Todas las partes del circuito son de seguridad intrínseca EEx ia IIC T4 Seguridad intrínseca i Ejemplos de tipos de aparatos Fuente de alimentación Barrera zener Equipos asociados Repetidor Equipos Ex i Sensores Transductores Aparatos portátiles 12
Seguridad intrínseca i Componentes indefectibles Componentes (o conjuntos) que no es probable su fallo Su fallo es contable Su fallo es siempre desde el lado de la seguridad Se tienen en cuenta sobrecargas y tolerancias Resistencias Diodos Transformadores Condensadores Fotoacopladores... Factor de seguridad Tolerancias P MAX? 2/3 P N Se tienen en cuenta U MAX? 2/3 U N las tolerancias de los I MAX? 2/3 I N componentes. Los componentes no indefectibles siempre se suponen en fallo Seguridad intrínseca i 13
Seguridad intrínseca i Seguridad intrínseca i 14
Sobrepresión interna p Q? P?? Modo de protección por el que se impide la penetración de una atmósfera explosiva circundante, al interior de la envolvente que contiene el material eléctrico, mediante la aplicación a dicha envolvente, de un gas de protección a una presión superior a la de la atmósfera explosiva externa Sobrepresión interna p Aplicaciones Motores de alta potencia Aparamenta eléctrica Sistemas de control Salas de control Aparatos portátiles Equipos con fuentes internas de gas Limitaciones Se requiere un equipo de control Operaciones de mantenimiento y prueba en tensión Limitación de la clase de temperatura 15
Sobrepresión interna p Sobrepresión interna p 16
Encapsulado m md Encapsulado simplificado nc Resina Modo de protección en el cual las partes que pueden inflamar una atmósfera por chispas o calentamientos están embebidos en una resina de tal forma que esta atmósfera no pueda inflamarse Encapsulado m Aplicaciones Pequeños circuitos Componentes simples Fuentes de alimentación Limitaciones Características de la resina Volumen interno libre Imposible reparar 17
Encapsulado m Aplicaciones Pequeños circuitos Componentes simples Fuentes de alimentación Limitaciones Características de la resina Volumen interno libre Imposible reparar Relleno pulverulento q Arena Modo de protección en el cual la envolvente que contiene el material eléctrico está rellena de un material en estado pulverulento de manera tal que, en las condiciones previstas en la construcción, un arco que se produzca en su interior no pueda producir la inflamación de la atmósfera circundante. Es ta inflamación tampoco será producida por un calentamiento excesivo en las paredes de la envolvente 18
Relleno pulverulento q Aplicaciones Pequeños circuitos Componentes simples Limitaciones Características de la arena Peso Inmersión en aceite o Aceite Modo de protección en el cual el material eléctrico o partes del material eléctrico están sumergidas en aceite de forma tal que una atmósfera explosiva que se encuentre por encima del nivel de aceite o en el exterior de la envolvente no pueda inflamarse 19
Inmersión en aceite o Aplicaciones Interruptores de pequeño volumen de aceite Limitaciones Características del aceite Limitación de uso Modos de protección. REGLAS GENERALES EN 50014 / CEI 60079-0 / CEI 61241-0 Definiciones Clasificación por temperatura superficial Resistencia mecánica de las envolventes Consideraciones sobre envolventes de material plástico Consideraciones sobre envolventes realizadas en aleaciones ligeras Cierres y tornillería Apertura de envolventes (tiempo de retardo) Enclavamientos Terminales de conexión y pasamuros Materiales para cementado y sellado Cajas de bornes o conexiones Terminales de tierra y conexiones de unión equipotencial de masas Entradas de cable y entradas de conductores Acumuladores y baterías en envolventes Marcado 20
Modos de protección. REGLAS GENERALES Máquinas eléctricas giratorias Aparamenta de corte y seccionamiento Fusibles Tomas de corriente Luminarias Lámparas portátiles EN 50014 / CEI 60079-0 / CEI 61241-0 Reglas aplicables a equipos en particular Modos de protección. MARCADO I 2 EEx de I Marca distintiva comunitaria Grupo Grupo Categoría Norma europea Armonizada (?) Material Ex (gases) Modo(s) de protección 21
Modos de protección. MARCADO Equipo asociado Previsto para instalar fuera de AT. EX. I (M1) I (M2) [EEx ia] [EEx ib] Equipo asociado Instalado en envolvente con otro modo I M2(M1) I M2(M2) EEx d,e,[ia] I EEx d[ib] I Múltiples modos de protección 22
Modos de protección Grupo II MÉTODO Confinar la explosión Separar la fuente energética de la atmósfera explosiva Reducir la energía o los calentamientos GASES 1G ma 1G 2G d 2G mb, p,, p, q, q, o o 2G 3G nc 3G nr, np, nc 3G ia e, ib na, nl, nc POLVOS 1D 2D 3D td,mad td, pd, mbd td 1D 2D iad ibd 23