Arcos elétricos em sistemas fotovoltaicos

A importância de contratar um projeto adequado para instalação de sistemas fotovoltaicos.

Riscos de incêndios!

Os sistemas fotovoltaicos operam em corrente contínua e muitas vezes são capazes de sustentar arcos elétricos danosos. Os módulos fotovoltaicos e o seu cabeamento não possuem uma proteção suficiente para conter arcos elétricos e incêndios resultantes de alguma falha de componente ou do próprio sistema.

Sistemas em corrente contínua, e arranjos fotovoltaicos em particular, trazem riscos além daqueles originados de sistemas de potência convencionais em corrente alternada, incluindo a capacidade de produzir e sustentar arcos elétricos com correntes que não sejam
maiores do que as correntes de operação normais.

Conforme a ABNT NBR 16690:2019, “Instalações elétricas de arranjos fotovoltaicos — Requisitos de projeto”, existem três categorias principais de arcos elétricos em sistemas fotovoltaicos, conforme a seguir:

• arcos em série, que podem resultar de uma conexão defeituosa ou de uma interrupção no cabeamento;
• arcos em paralelo, que podem ser resultado de um curto-circuito parcial entre cabos adjacentes com diferentes potenciais elétricos;
• arcos para a terra, que resultam de uma falha de isolamento.

Se um arco elétrico se desenvolver devido a uma falha em um arranjo fotovoltaico, isto pode resultar em dano significativo para o arranjo fotovoltaico e, também, para o cabeamento e estruturas adjacentes, além de danos aos equipamentos que interrompem a geração, existe o risco eminente de causar incêndios nas estruturas e edificação.

O caso mais grave de arco elétrico é, provavelmente, o arco em paralelo devido à quantidade de energia disponível para alimentá-lo, especialmente quando ocorre entre os cabos do arranjo fotovoltaico.

O que diz a ABNT NBR 16690?

A ABNT NBR 16690:2019, veio para exigir isolamento duplo em cabos utilizados no arranjo fotovoltaico e, devido a esse duplo isolamento, arcos em paralelos são pouco prováveis de ocorrer, a menos que resultem de um dano significativo causado ao isolamento do condutor provocado por fogo ou lesão mecânica grave. Desta forma, os fabricantes de condutores desenvolveram os Cabos Solar Fotovoltaico , ABNT NBR 16612, que possuem características especiais para esta aplicação, com duração prevista, dependendo do tipo de cabo, de 25 a 60 anos exposto ao tempo. Somente por este motivo já o caracterizaria como altamente ecológico. Porem ele é 100% reciclável ao final de sua vida útil, Tornando-o um produto ECO. Normalmente livre de halogêneos o cabo solar fotovoltaico não possue fumaça tóxica. O cabo solar fotovoltaico possui grande resistência à intempéries e variações de temperaturas.

Os cabos que seguem a NBR 16612 foram previstos para serem instalados entre a célula fotovoltaica e os terminais de corrente contínua do inversor fotovoltaico. Possuem condições de operação previstas como a temperatura do condutor em regime permanente não pode ultrapassar 90 °C. Por um período máximo de 20.000 h, é permitida uma temperatura máxima de operação no condutor de 120 °C em uma
temperatura ambiente máxima de 90 °C. Esses cabos devem possuir a marcação em seu corpo com a  inscrição: “USO EM SISTEMA FOTOVOLTAICO” e a norma ABNT NBR 16612 em seu corpo. Cabos com a marcação da norma ABNT NBR 7286 não podem ser
considerados em uma instalação solar fotovoltaica entre as células fotovoltaicas e o inversor.

Interrupção de Arcos Eletricos

O tipo de arco elétrico mais provável de ocorrer em um sistema fotovoltaico é o arco em série. Isto ocorre porque os sistemas fotovoltaicos tipicamente possuem um número muito grande de ligações série. Arcos em série geralmente são interrompidos rapidamente interrompendo a carga do arranjo fotovoltaico. No caso de sistemas fotovoltaicos conectados à rede, isto pode ser realizado facilmente desligando o inversor do sistema. Arcos em paralelo são mais difíceis de serem extintos, mas também são menos prováveis de ocorrer.

Se um arco em série não for extinto rapidamente, ele pode propagar e envolver condutores adjacentes e produzir arcos em paralelo. É desejável, portanto, ter um método rápido de detecção e interrupção de arcos elétricos em sistemas fotovoltaicos.

A interrupção de corrente em um sistema de corrente contínua exige muito mais dos componentes que um circuito CA. As chaves seccionadoras, disjuntores etc. devem ter essa condição especial para aplicação em corrente contínua o que denotam um custo mais elevado de aquisição.

A corrente de falta depende do número de séries fotovoltaicas, da localização da falta e do nível de irradiância. Isto faz com que a detecção de curto-circuito dentro de um arranjo fotovoltaico seja muito difícil. Arcos elétricos podem ser formados em um arranjo fotovoltaico com correntes de falta que não provocariam a atuação de um dispositivo de proteção contra sobre corrente.

Uma nova norma foi desenvolvida pela Underwriters Laboratories – UL1699B: Photovoltaic (PV) DC Arc-Fault Circuit Protection – e os fabricantes estão em processo de desenvolvimento de dispositivos para atendê-la. A finalidade de um dispositivo de proteção contra falta com arco elétrico é descobrir e discriminar de forma correta arcos elétricos em arranjos fotovoltaicos e tomar as medidas necessárias para interrompê-lo.

Dispositivos confiáveis de proteção contra arcos elétricos estão sendo desenvolvidos e estarão disponíveis comercialmente em breve, mas atualmente o mais utilizado são:

Fusíveis em série com as strings

Os fusíveis de string são conectados em série e podem limitar a corrente reversa quando essa atingir o valor de atuação do fusível. Por exemplo, num circuito com 4 strings em paralelo onde a corrente normal de operação não ultrapasse 10 A por string instala-se um fusível de 15 A por string.

O fusível irá queimar e interromper a corrente caso essa atinja 15 A ou mais em uma string, o que não deve ocorrer em funcionamento normal, mas pode ocorrer com as falhas que causam a corrente reversa.

Caso esse circuito não possuísse esse fusível, a corrente reversa poderia alcançar valores de até 30 A (10 A por string em paralelo), causando um alto risco de incêndio e danos.

Conclusão:

A instalação de sistemas fotovoltaicos não é para qualquer um. Conhecer os risco proveniente de falhas nesse sistema é fundamental e seguir projetos elaborados por profissionais habilitados experientes, que seguem as normas técnicas vigentes e estão antenados com as mais modernas soluções é o requisito importantíssimo para a segurança das pessoas e do seu patrimônio. A eletroAlta Engenharia oferece projetos e instalações de sistemas  de geração fotovoltaicos seguros.

Para maiores informações, entre em contato com nossos especialistas!