O combate eficiente em incêndios em transformadores

Como a sociedade moderna considera inquestionável o fornecimento de energia elétrica, os provedores são cada vez mais avaliados pela confiabilidade da infraestrutura usada para fornecer energia aos consumidores.

Uma única interrupção não planejada pode não apenas causar um desastre econômico, mas também pode danificar indevidamente o bom nome de um provedor de serviços públicos. Os consumidores demonstram pouca paciência e menos compreensão das complexidades necessárias para fornecer serviços elétricos ininterruptos.

Isso pode ficar claro quando um incêndio atinge uma subestação, causando interrupções generalizadas de energia e obrigando as autoridades a fechar estações de metrô, bloquear estradas e evacuar um hotel, etc. Indiscutivelmente, uma das peças mais importantes de qualquer subestação é um transformador de potência e ele por possuir óleo isolante representa o maior risco de incêndio em qualquer subestação. Os sistemas de proteção contra incêndio projetados especificamente para abordar os riscos exclusivos representados pelos transformadores de potência são uma consideração de projeto que deve ser reconhecida e compreendida.

Um transformador de potência típico de 117/15,2-kV, 37/50 / 62,5-MVA pode conter aproximadamente 37.855 L de óleo. Transformadores maiores podem conter muito mais. Transformadores são preenchidos com óleo por várias razões, a mais importante das quais é o isolamento.

Além disso, o óleo é usado como refrigerante e como um fluido dielétrico impedindo o arco elétrico, a quebra elétrica dos gases acompanhada pela descarga e a ionização resultante conhecida como corona. Como o óleo é um líquido combustível, quando ocorre uma falha no transformador, o próprio equipamento pode fornecer a fonte de ignição e o combustível para o fogo.

Uma vez que a ignição ocorre, o óleo irá sustentar a combustão até que seja completamente consumido, a menos que o oxigênio esteja esgotado ou que seja aplicado um resfriamento significativo para limitar a propagação do fogo. A caracterização técnica de um incêndio com líquido inflamável é um incêndio de classe B que apresenta riscos associados principalmente ao carregamento de combustível, configuração de combustível, ponto de fulgor e taxa de queima do combustível.

Já os sistemas de proteção contra incêndio de transformadores de potência envolve o sistema de dilúvio que utiliza cabeças de pulverização abertas ligadas a um sistema de tubos ligado a uma fonte de água através de uma válvula que é aberta por meio de um sistema de detecção instalado na mesma área que as cabeças de pulverização. Quando a válvula abre, a água flui para o sistema de tubulação e descarrega através de todas as cabeças de pulverização conectadas ao sistema. Este tipo de sistema usa grandes volumes de água, o que pode levar a outros problemas de limpeza pós-incêndio ou escoamento contaminado.

Um sistema de pulverização de água fixa é semelhante a um de dilúvio, contudo, os pontos de descarga de água são projetados para criar um padrão de pulverização exclusivo para a área ou equipamento específico que está sendo protegido. As localizações da cabeça de pulverização de água e o padrão de pulverização são adaptados à forma assimétrica do equipamento a ser protegido. O benefício adicional do projeto específico do equipamento é o controle da propagação do fogo através do aumento da umidade do equipamento sob a influência do fogo.

O sistema de névoa da água é semelhante ao de pulverização de água fixo com um benefício adicional de usar significativamente menos água, empregando cabeças de descarga especiais criando gotículas de água chamadas névoa. Um sistema de névoa de água é geralmente definido pelo tamanho da gotícula criado. Os tamanhos das gotículas são tipicamente inferiores a 1.000 mícrons e são gerados por uma bomba de alta pressão. As gotas de água criam uma névoa que permite que um determinado volume crie uma área de superfície maior exposta ao fogo.

O sistema de sprinklers automáticos conectados a um sistema de tubulação que contém ar com um sistema de detecção suplementar instalado nas mesmas áreas dos sprinklers. A ativação do sistema pode exigir um sinal do sistema de detecção e a ativação de calor de um sprinkler. 

Deve-se ressaltar a diferença entre proteção contra incêndio e supressão de incêndio. A supressão é definida como a redução acentuada na taxa de liberação de calor de um incêndio e a prevenção de seu recrescimento por uma aplicação suficiente de névoa de água. Ao contrário de um sistema de pulverização de água que é projetado estritamente como proteção, o sistema de névoa de água é um sistema de supressão de incêndio.

A NBR 12232 de 01/2015 – Execução de sistemas fixos automáticos de proteção contra incêndio com gás carbônico (CO2) em transformadores e reatores de potência contendo óleo isolante estabelece os requisitos específicos mínimos para o projeto, instalação, manutenção e ensaios de sistemas fixos automáticos de CO2, por inundação total, com suprimento de gás em alta pressão, para proteção de transformadores e reatores de potência. O incêndio em óleo isolante é considerado fogo de superfície, portanto a aplicação de CO2 não se restringe aos sistemas de inundação total, podendo ser realizada também pelo método de aplicação local. Esta norma se aplica apenas aos transformadores e reatores de potência imersos em óleo isolante e abrigados, isto é, instalados em ambientes fechados, observadas as prescrições da NFPA 70. Os requisitos gerais para a proteção contra incêndio de subestações elétricas estão descritos na NBR 13231.

O sistema fixo automático de CO2, tipo inundação total ou aplicação local, deve ser utilizado dentro dos limites especificados nesta norma. O sistema deve ser operável automaticamente (provido de meios para operação manual remota e/ou local). Na condição de operação automática, a atuação do sistema deve sofrer um retardo em relação à atuação da rede de detecção, programado conforme NBR 17240, para abandono da área até um local seguro.

Devem ser previstos meios para rápido abandono do pessoal dos ambientes protegidos com CO2. Em todas as portas destes ambientes, devem ser fixadas externamente placas de sinalização de advertência para o risco, com os seguintes dizeres: “ATENÇÃO – AMBIENTE PROTEGIDO COM CO2 – AO ALARME, ABANDONE O RECINTO”. Quando houver a possibilidade de dois ou mais equipamentos estarem sujeitos a um incêndio simultaneamente, em face da sua proximidade e/ou interligação, cada um deles deve ser protegido por um sistema de CO2.

O ambiente que contém o equipamento protegido deve ser o mais fechado possível. As aberturas devem restringir-se ao mínimo, sendo localizadas de preferência no teto, ou próximas a ele, e providas de dispositivos de fechamento automático. Quando o fechamento das aberturas for impraticável, deve ser prevista uma quantidade adicional de CO2 para compensar o vazamento.

Se o ambiente protegido se comunicar, através de aberturas que não podem ser fechadas, com outros ambientes onde há risco potencial de incêndio, estes também devem ser protegidos. As janelas devem ser de preferência de fechamento automático, atuadas antes do início da descarga do gás. As portas de acesso aos ambientes protegidos (normalmente fechadas) devem possuir dispositivos de fechamento automático com acessórios necessários para sua abertura manual.

As distâncias entre as partes do sistema e as partes energizadas não devem ser menores que as especificadas na NFPA 12. O projeto do sistema fixo de CO2 deve ser desenvolvido segundo os critérios da NFPA 12. O fornecedor do sistema de CO2 deve apresentar o memorial de cálculo hidráulico do sistema, elaborado por software aprovado por entidade com certificado de acreditação.

A quantidade de CO2 deve ser calculada de modo a assegurar concentração mínima de 50% (concentração de projeto) no ambiente inundado. O dimensionamento da tubulação deve ser feito com base na vazão requerida em cada difusor, dentro dos requisitos de pressão residual de projeto, sendo que a pressão mínima no difusor mais desfavorável deve ser de 2,1 MPa (300 psi). A seleção dos orifícios equivalentes dos difusores deve ser baseada na vazão e na pressão residual em cada difusor.

Para efeito de cálculo das perdas de carga, a pressão inicial a ser considerada deve ser a pressão média no interior do cilindro, durante o escoamento da fase líquida de CO2. Para a temperatura de armazenamento de 21º C, esta pressão é igual a 5,86 MPa (850 psi). Os difusores selecionados devem constar em listagens confiáveis, onde são estabelecidos os seus parâmetros principais. O código de furação deve estar puncionado em seu corpo e registrado no projeto executivo.

Os difusores devem ser instalados de modo a garantir, sem congelamento interno, a gaseificação e o espalhamento uniforme de CO2. Os difusores devem ser de metal não sujeito à corrosão, com resistência compatível com as pressões e temperaturas de trabalho previstas e resistentes a danos mecânicos e aos danos provocados por substâncias químicas às quais podem estar sujeitos. Os difusores devem ser providos de espalhador de orifícios calibrados e devem possuir obrigatoriamente o código de furação estampado a frio no seu corpo (ver tabela abaixo), em local visível.

Deve ser previsto um painel central de comando e sinalização, instalado em local protegido e permanentemente assistido. O painel deve atender aos requisitos da NBR 17240, complementados com as seguintes funções: atuação da detecção por equipamento protegido; supervisão de CO2 por equipamento protegido; supervisão do sistema; falta de força no painel e entrada de fonte de alimentação de emergência; bloqueio da atuação do sistema fixo de CO2 .

A sinalização deve ser por meio de um alarme sonoro comum e alarme visual para cada evento. A alimentação elétrica do painel deve ser de modo que este esteja sempre energizado. Em caso de queda de energia da rede, a alimentação deve ser automaticamente transferida para uma fonte confiável de alimentação de emergência, que pode ser um sistema de bateria, com capacidade para no mínimo 24 h de operação em repouso e mais 15 min em situação de alarme.