PROTEÇÃO ATRAVÉS DE BARREIRAS DE SEGURANÇA INTRÍNSECA[3205]

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PROTEÇAÕ ATRAVÉS DE BARREIRAS DE SEGURANÇA INTRÍNSECA 
 
Esta apostila contem os conceitos básicos da utilização das barreiras zener, 
nela foram abordados os principais fenômenos físicos associados ao 
funcionamento e detalhes da fabricação, estas informações estão muito 
dispersas nos manuais e folhas e dados dos fabricantes, inclusive podem levar 
até á seleção de modelos não funcionais em determinadas aplicações. 
 
“Para descobrir como algo funciona é essencial conhecer antes como não 
funcionaria!” 
 
 
INSTRUMENTOS SENSORES 
As características elétricas dos instrumentos sensores variam de modo amplo, 
podendo o circuito interno ser mais indutivo, capacitivo, resistivo ou em 
combinação. 
Exemplos: 
Medidor de nível capacitivo – circuito capacitivo. 
Medidor de vazão tipo turbina com bobina captadora – circuito puramente 
indutivo. 
Medidor de vazão tipo turbina com sensor de efeito Hall– circuito resistivo 
Medidor de temperatura PT-100 - circuito resistivo e indutivo. 
 
 
 
 
CABOS DE INSTRUMENTAÇÃO 
O Cabo do instrumento é formado por 2 condutores carregados próximos e 
com comprimento elevado, com aplicação de tensão de tensão em uma das 
extremidade a proximidade dos condutores vai induzir um campo magnético, 
com a circulação de corrente os condutores serão circundados por campos 
magnéticos. Deste modo o cabo pode armazenar energia sob duas formas 
distintas simultaneamente. Caso os campos energéticos se dissipem em uma 
área classificada pode haver até explosão, se a energia não for 
apropriadamente limitada. 
O Cabo pode ser modelado como um número infinito de elementos 
infinitesimais distribuídos infinitamente na forma de capacitores e indutores: 
 
Podemos imaginar a soma de todos estes elementos infinitesimais em um 
único circuito LC 
 
RESUMO: 
Tanto o sensor como o cabo do instrumentos são capazes de armazenar 
energia em campos e haveria a possibilidade da mesma escoar para área 
classificada. 
DADOS FUNDAMENTAIS DOS CABOS PARA UTILIZAÇÃO SEGURANÇA 
INTRÍNSECA 
É necessário conhecer a indutância e capacitância por metro além do 
comprimento total. 
 
SISTEMA INSTRUMENTO-CABO 
 
Os cabos para segurança intrínseca possuem capa azul para diferenciação, 
mas nada impede a utilização de outros cabos contanto que a capacitância e 
indutância totais do sistema instrumento-cabo armazene energia abaixo do 
limite de explosividade da área classificada. 
 
ENERGIA ARMAZENADA NO CAMPO ELÉTRICO DE CAPACITORES 
 
 
 
� Equação: E = ½ C V2 
� É dissipada através de curto-circuito 
� Provoca picos de corrente elevada a qual através do efeito Joule ( P = 
Rcontato x I 
2) aquece instantaneamente os contatos, produzindo faíscas 
incandescentes; 
 
Esta energia pode ser limitada limitando simultaneamente a tensão, através de 
um diodo zener 
 
 
Note que o zener vai atuar no descontrole da fonte de alimentação limitando a 
tensão no capacitor. 
Quando o diodo zener comuta o mesmo vai dissipar energia no ambiente na 
forma de calor 
 
 
 
ENERGIA ARMAZENADA NO CAMPO MAGNÉTICO DE INDUTORES 
 
 
� É dissipada através de rompimentos dos condutores ou mal contatos 
� Equação: E = ½ LI 2 
� Provoca picos de tensão elevada, que ionizam a atmosfera, formando arco 
elétrico 
 
Esta energia pode ser limitada limitando simultaneamente a corrente, através 
de um resistor 
 
Note que o resistor também limita a corrente de curto circuito 
O Resistor no ambiente dissipa energia no ambiente na forma de calor 
 
NOTAS GERAIS 
Em ambos os casos as quantidades das energias envolvida são finitas, mas o 
intervalo em que são dissipadas é extremamente pequeno; 
Tanto o diodo zener quanto o resistor vão dissipar energia no ambiente, logo 
têm de ser instalados em áreas não classificadas. 
 
 
 
 
UTILIZAÇÃO DE BARREIRA DE PROTEÇÃO I.S 
 
A Introdução da barreira não impede os curtos-circuitos e nem a formação de 
arcos, mas limita a energia disponível durante os mesmos (ver vídeo da 
Referência Externa). 
A Barreira também previne descontrole da fonte de alimentação contínua. 
 
 
CONSTRUÇÃO DE BARREIRAS NA PRÁTICA 
 
 
Tanto o diodo zener como o resistor possuem limitação de corrente por isso é 
necessário que a mesma seja limitada internamente através de um resistor. 
A utilização de zeners em dupla divide por dois a resistência interna dos 
diodos, aumentando abruptamente a corrente a corrente incidente no fusível, 
permitindo que o mesmo mais facilmente, por ser inacessível internamente é 
necessário a substituição da barreira em caso de rompimento do mesmo. 
 
A NECESSIDADE DE ATERRAMENTO 
As barreiras impedem que altos diferenciais de tensão entre os bornes de 
saída da fonte transfiram energia para o campo. Mas se houver um potencial 
elevado dos terminais da fonte para terra os mesmo pode haver circulação de 
corrente dos terminais para terra, em caso de curto ou ionização da atmosfera, 
capazes de provocar ignição. 
 
 
 
Com o correto aterramento limitam se simultânemente o potencial em relação a 
terra e a corrente de fuga. Abarreira possue um engate metálico conectado 
internamente aos anodos dos diodos, o trilho DIN deve ser metálico e bem 
aterrado para que haja proeção efetiva! 
 
 
 
Nos CLPs da Petrobrás os cartões de entrada analógica possuem terminais 
flutuantes em relação ao terra , nos quais devem ser utilizadas barreiras 
duplas: 
 
 
 
 
 
 
 
 
Observe que tanto as tensões zener, quanto as resistências internas podem ter 
valores diferentes. 
Haverá comutação do zener1 (em polarização inversa) e do zener 2 (em 
polarização direta) quando: 
V entrada ≥ Vzener1 + 0,7V 
 
Haverá comutação do zener2 (em polarização inversa) e do zener 1 (em 
polarização direta) quando: 
V entrada ≥ Vzener2 + 0,7V 
 
RESISTENCIA ENTRE FUSÍVEIS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A Resistência medida entre os terminais dos dois fusíveis será a soma da 
resistência interna do sensor com a soma das resistências internas da barreira. 
 
A Tensão nos terminais do sensor será de: 
Vsensor = V- (Rbarreira1 + Rbarreira2) x Isensor 
 
Entretanto a queda de tensão introduzida pelas resistências da barreira no 
sensor não deve interferir no funcionamento do mesmo! 
 
 
 
Com auxílio de um ohmimetro podemos medir diretamente a soma das 
resistência, curtando os terminais do lado do sensor: 
 
 
É necessário o conhecimento dos cartões de entrada analógica utilizados no 
PLC da aplicação a fim de garantir a compatibilidade com a barreira. 
 
Os cartões de entrada analógicos podem ser: 
Entrada de corrente 4-20 mA (com ou sem protocolo Hart) 
Entrada de tensão 
 
 
Modos de fornecimento energia do cartão 
Modo de Fonte: O Cartão fonece energia através de seu bornes de entrada 
(recomendado pelas equipes de automação) 
 
A barrera está em paralelo com o circuito do cartão : O Cartão drenae energia 
de uma fonte externa através de seu bornes de entrada. 
Modo de dreno (Sink): 
 
A barrera está em série com o circuito do cartão, em alguns casos tabém 
demanda uma resistência externa em série. 
Alguns cartões podem comutar entre os 2 modos através de uma chave 
seletora 
 
REFERÊNCIAS EXTERNAS: 
Este vídeo demostra e explica o principio básico de funcionamento da tecnologia segurança 
intrínseca: 
Principle of Intrinsic Safety - Explanation of Intrinsic Safety Technology - Phoenix 
Contact 
https://www.youtube.com/watch?v=7WkKw28QJZE