Seleção de DPS para Sistemas Fotovoltaicos

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1 Seleção de DS para Sistemas Fotovoltaicos por Eng. Juarez Guerra e Eng. Bruno Sacute demanda de conexões à rede de sistemas fotovoltaicos para geração distribuída de pequeno porte, assim como novas instalações de médio e grande porte, está aumentando dia a dia em nosso país. s dúvidas sobre a seleção dos produtos a serem aplicados se apresentam na mesma proporção. Os sistemas fotovoltaicos possuem características próprias, por isto, existem normas específicas para serem utilizadas como referência para um projeto ou uma instalação. norma brasileira para instalação de sistemas fotovoltaicos se encontra em fase de consulta pública, devendo ser publicada ainda em 018. ( e busque pela BNT NBR 16690). Um dos dispositivos essenciais para a proteção dos sistemas fotovoltaicos é o DS (Dispositivos para roteção de Surtos). Esses dispositivos já são muito utilizados em aplicações de corrente alternada, principalmente após sua utilização tornarse obrigatória através da norma BNT 5410/004, que em seu item , estabelece que: Todas as edificações dentro do território brasileiro que forem alimentadas total ou parcialmente por linha área e se situarem onde há ocorrência de trovoadas em mais de 5 dias por ano, devem ser providas de DS (zona de influências externas Q). Quando as partes da instalação estão situadas no exterior das edificações, expostas a descargas elétricas diretas (zona de influência Q3), o DS também é obrigatório. 1

2 pesar das semelhanças aparentes com os DS convencionais, os modelos utilizados nas instalações fotovoltaicas apresentam uma série de diferenças técnicas, tanto na ordem construtiva, quanto em relação aos testes aos quais são submetidos. penas os modelos específicos para sistemas fotovoltaicos são capazes de garantir que no momento do surto, o acionamento do DS ocorrerá de maneira segura, sem causar danos à instalação, como provocar possíveis incêndios. O ponto principal está com relação à tensão de trabalho. geração fotovoltaica ocorre em corrente contínua, logo, o DS deve ser capaz de atuar sob essas condições específicas, onde o arco elétrico é mais severo já que a tensão não cruza o zero em momento algum, como ocorre com a corrente alternada. Na CE-03: Comissão de Estudo de Instalações Elétricas de sistemas fotovoltaicos, já está sendo contemplada a obrigatoriedade da instalação de DS específicos no lado CC para sistemas fotovoltaicos: ara a proteção no lado em corrente continua, os DS devem estar em conformidade com a norma EN e ser explicitamente classificados para uso no lado em corrente contínua de um sistema fotovoltaico. Se o sistema fotovoltaico estiver conectado a outras redes (tais como serviços de telecomunicações e de sinalização), DS específico deve ser utilizado para proteger o equipamento de tecnologia da informação. ara a proteção de equipamento de tecnologia da informação, o DS deve estar em conformidade com os requisitos da norma IEC Este DS deve atender à norma IEC seguir são apresentadas informações básicas para a correta seleção e especificação de um DS para sistemas fotovoltaicos:

3 1. Funcionamento do DS função do DS é direcionar a energia do surto para terra. ara isso, ele funciona como um interruptor, como mostra a figura a seguir. surto de tensão DS acionado DS opera com o surgimento do surto. Outras considerações importantes incluem: DS ideal é aquele cuja impedância é infinita quando não acionado, para não alterar o funcionamento do sistema. O surto de tensão diminui a impedância nos terminais para poucos Ohms (Ω), permitindo drenar a corrente associada a ele, mantendo a tensão constante nos terminais. Se a tensão for compatível com o nível de isolamento do equipamento, não haverá danos. Quanto maior o surto de tensão, menor será a impedância do DS e maior será a corrente drenada para terra.. roteção de Retaguarda (backup) Caso o DS apresente algum problema durante a sua atuação ou atinja o fim de sua vida útil, ele pode se manter curto-circuitado, ou seja, não consegue voltar ao seu estado inicial (chave aberta). Dessa forma, a corrente de regime será conduzida através dele, provocando um curto-circuito entre o condutor e a terra, podendo ocasionar danos às instalações, e até provocar incêndios. or isso, é necessário utilizar um dispositivo de proteção de retaguarda (back-up) em série com os DS, como mostra a figura a seguir. Os dispositivos de proteção de sobrecorrentes (fusíveis ou disjuntores) devem ser especificados de acordo com o valor máximo de sobrecorrente indicado nos manuais de instalação de DS. 3

4 F1 > 160, F = 160 F1 160, F pode ser desprezado OBS: Se o dispositivo de proteção de instalação (F1) tiver um valor igual ou inferior ao máximo recomendado na classificação para o fusível de back-up, F pode ser desprezado. 3. DS de Corrente Contínua (CC) Fotovoltaico O arranjo fotovoltaico tem uma particularidade quando comparado a uma fonte de corrente contínua convencional: a corrente de curto-circuito de um módulo fotovoltaico é muito baixa, tipicamente menos de 10% acima de sua corrente nominal, conforme mostrado na figura abaixo: Cell current [] / SC / M M M M = Maximum ower oint V M VOC Cell voltage [V] Generic photovoltaic cell current voltage curve (Quaschning, 005) Cell cpower [M] célula fotovoltaica apresenta variações de corrente e tensão dependentes da irradiância e da temperatura do local. O comportamento é completamente diferente de uma fonte resistiva convencional em corrente contínua, que apresenta variação linear entre tensão e corrente elétrica. Caso seja utilizado um DS convencional de corrente contínua sem certificação para uso em sistemas fotovoltaicos, mesmo que utilizado um dispositivo de proteção de retaguarda (back-up), o risco de ocorrer danos à instalação são enormes. Isso acontece porque o baixo valor da corrente de curtocircuito do sistema pode não ser suficiente para causar a atuação do disjuntor ou fusível em um eventual curto-circuito permanente do DS, o que poderia ocasionar incêndios na instalação elétrica. ara resolver este problema, os DS fotovoltaicos devem ser fabricados seguindo as diretrizes da norma EN Esta norma prevê testes muito rigorosos nos produtos, especialmente na simulação do comportamento do DS no final da vida útil (por envelhecimento ou surtos de tensão). Esses testes, decorrentes da experiência 4

5 prática adquirida em vários anos com sistemas fotovoltaicos de pequeno e grande porte, levou ao desenvolvimento e à produção de varistores novos e de melhor desempenho. norma exige que a desconexão do DS seja feita através de um dispositivo de abertura térmica, dentro do mesmo dispositivo, conectado em paralelo com o varistor, como mostra a figura a seguir, isolando-o do circuito através de uma comutação automática em caso de falha. Dispositivo de bertura Térmica DS Fotovoltaico Dispositivo de bertura Convencional DS CC Outra exigência é a conexão dos DS na topologia Y, como ilustrado ao lado. ligação dos DS em série permite que a corrente de fuga (µ) seja menor, aumentandose a impedância do sistema e a resistência contra eventual falha de isolação de um dos polos do arranjo fotovoltaico. 5

6 Seleção de DS para Sistemas Fotovoltaicos Conclusão ara garantir a correta especificação dos DS nos sistemas fotovoltaicos, deve-se diferenciar a área de atuação entre os modelos para corrente contínua (módulos solares e entrada do inversor) e corrente alternada (saída do inversor e ligação com as cargas), conforme mostrado nas figuras abaixo: B C B kwh (700 V - Tipo ) ( V - Tipo ) B ipo ) (monofásico - Tipo C ipo 1+) (monofásico - Tipo ipo 1+) (monofásico - Tipo C kwh (700 V - Tipo ) ( V - Tipo ) B (700 V - Tipo ) ( V - Tipo ) C (monofásico - Tipo 1+) (monofásico - Tipo 1+) ara os modelos do lado CC, deve-se verificar se o DS vem marcado com a identificação V (hotovoltaic) (hotovoltaic) / FV (Fotovoltaico)) e se no manual do produto existe a informação de que o mesmo atende à norma EN : 6

7 Seleção de DS para Sistemas Fotovoltaicos SÉRIE 7 SÉRIE 7 Dispositivo de roteção contra Surtos DS - Dispositivo de proteção contra surtos Classe I+II e Classe II - plicações fotovoltaicas (FV) x x Dispositivo de proteção contra surtos para Contato remota do estado x015, U V DC sinalização (Classe II) CV = 100para x015, U = 100 V DC (Classe II)(07.01) CVvaristor. do Conector incluso DS Classe II ( varistores , U 1 centelhador a gás) para sistemas CV = V DC (Classe I+II) (dependendo da versão) fotovoltaicos de 100 V DC Indicação visual frontal do estado do varistor s substituíveis Combinação de módulos a Bom/Substituir varistor e centelhador a gás Em conformidade com a norma Contato para sinalização remota do estado encapsulado substituíveis pren :01 Disponível com conector para do varistor. Conector (07.01) incluso sinalização visual e remota do (dependendo da versão) Montagem em trilho 35 mm (EN 60715) estado do varistor s substituíveis Em conformidade com a norma 7.3.9/7.6/7.03 pren :01 Conexão a parafuso Montagem em trilho 35 mm (EN 60715) DS Classe II (3 varistores) DS Classe I+II (3 varistores) para sistemas fotovoltaicos de 100 V DC s a varistor substituíveis Disponível com conector para sinalização visual e remota do estado do varistor para sistemas fotovoltaicos de V DC s a varistor substituíveis Sinalização visual e remota do estado do varistor 7.3.9/7.6/7.03 Conexão a parafuso ara as dimensões do produto, vide a página 17 Características do DS a varistor a centelhador Cabe100 ao fabricante a varistor auxiliar 100 na a varistor correta Máxima tensão contínua de operação (UCV ) V DC Máxima tensão contínua de operação/ especificação dos modelos de DS, V DC por módulo (UCV ) facilitando o acesso às documentações Corrente de impulso de descarga (10/350 μs)/ k 1.5 por módulo (Imp) necessárias e indicando claramente a Corrente nominal de descarga (8/0 μs)/ que se destina cada um dos15 modelos. k por módulo (In) Máxima corrente de descarga (8/0 μs)/ k 60 por módulo (Imax) Nível de tensão de proteção/por módulo (Up) kv Nível de tensão de proteção do sistema kv 4/.5 4/4 3.6/3.6 Up (+ )/(+/ E) Corrente de fuga (+ )/(+/ E) u <1 <5 <5 ns Tempo de resposta (ta) Corrente de curto-circuito ISCV Código do módulo substituível Características gerais Temperatura ambiente C Grau de proteção I0 7 Seção do cabo fio rígido fio flexível fio rígido fio flexível 1 x 1 1 x 35 1 x 1 1 x 5 1 x.5 1 x 50 1 x.5 1 x 35 mm WG 1 x 17 1 x 1 x 17 1 x 4 1 x 13 1 x 1 1 x 13 1 x Comprimento de desnudamento do cabo mm 14 9 Torque Nm 3 4 Características do contato para sinalização remota Configurações contatos 1 reversível (SDT) sem prévio aviso. 1 reversível (SDT) 1 reversível (SDT) e dos aspectos técnicos e estéticos estão sujeitos a alterações Consulte: Corrente nominal C/DC 0.5/ / /0.1 Corrente nominal V C/DC 50/ 50/ 50/ et.com E proteção no circuito DC (100 V) de sistemas fotovoltaicos roteção de equipamentos contra sobretensões causadas por descargas atmosféricas diretas (Classe I+II apenas) e Bom/Substituir sobretensões induzidas (Classe I+II e Classe II)