Desconexão de Dispositivos de Proteção contra Surtos para Sistemas Fotovoltaicos

Por Sergio Roberto Santos

A especificação dos Dispositivos de Proteção contra Surtos (DPS) é baseada em vários parâmetros, como o seu tipo (I, II ou III) e o seu Nível de Proteção (Up) (4KV, 2,5KV e 1,5KV, por exemplo). Estas características determinam qual a corrente de surto que o DPS poderá conduzir e que elementos da instalação ele terá condições de proteger.
Um ponto importante da especificação do DPS é como ele será retirado do circuito ao final da sua vida útil, sendo esta retirada assegurada apenas pelo próprio DPS, ou através de um elemento de desconexão externo, determinado pelo projetista da instalação.

Os varistores ao final de sua vida útil e os centelhadores e diodos defeituosos não retornam ao seu estado inicial de alta impedância, dando passagem a uma corrente em regime permanente que o protetor pode não ser capaz de conduzir, iniciando um processo de aquecimento elevado que pode incinerar o DPS. A preocupação com a desconexão do DPS é mais crítica quando ele estiver instalado em sistemas de corrente contínua (CC), onde a corrente, em regime permanente ou de curto-circuito, ao não passar pelo zero, necessita que sua interrupção requeira cuidados de engenharia adicionais.

Os DPSs para proteção da entrada de energia em corrente contínua do inversor solar devem ter características especiais, já que eles estarão submetidos a condições não existentes nas instalações convencionais em corrente alternada (50/60Hz). Atualmente na frente do Brasil, em relação às normas sobre este assunto, foi publicada na Europa em 2011, a norma técnica CENELEC EN-50539-11 (CENELEC, 2011), “Low-voltage surge protective devices. Surge protective devices for specific application including d.c. Requirements and tests for SPDs in photovoltaic applications” ¹, com ênfase nas aplicações dos DPSs para corrente contínua, devido aos problemas causados por DPSs convencionais utilizados no lado de corrente continua em inversores solares.

Em sistemas fotovoltaicos conectados à rede (sistemas On Grid), a corrente de curto-circuito não alcança valores superiores ao da corrente nominal do sistema, não ocasionando a atuação de fusíveis ou disjuntores de retaguarda (Ayrão, 2017), situação muito diferente da que normalmente acontece em sistemas elétricos convencionais de corrente alternada. Desta forma, caso o DPS possua em seu interior um dispositivo de desconexão convencional atendendo simplesmente a IEC 61643-11(IEC,2011), este não conseguirá fazer frente às exigências da desconexão do sistema em C.C. e poderá se iniciar a queima do DPS.

As placas de geração fotovoltaica geram corrente continua (C.C.)  que serão conduzidas até o inversor solar, que deverá estar protegido em suas entradas e saídas por DPSs. Estes protetores podem falhar devido a diversas causas, como sobretensões temporárias, correntes de surto maiores do que as esperadas ou defeitos de fabricação. Estas falhas não devem comprometer os sistemas fotovoltaicos, principalmente através de deficiências na desconexão do DPS, o que pode fazer com que ele inicie um incêndio em seu interior!

DPSs convencionais utilizam para desconexão um contato eletromecânico, NF, que é adequado apenas para protetores utilizados em circuitos AC. Devido a não passagem da corrente pelo 0V em circuitos de corrente continua, um arco C.C. pode se manter no DPS, causando um aquecimento elevado, podendo originar um incêndio.

Exemplo da atuação do mecanismo de desconexão para corrente continua.

Como exemplo de sistema de desconexão para DPSs em corrente continua, podemos citar a tecnologia SCI (Figura 1) (DEHN+SÖHNE, 2017) ², existente desde 2009, considerada por muitos como uma das melhores soluções disponíveis atualmente para a desconexão do DPS em corrente continua.

Em caso de sobrecarga do DPS (1), um contato é aberto e comutado para uma ligação curto circuitada (2). Caso surja um arco elétrico, ele será extinguido de forma rápida e segura (3), complementada a desconexão através de um fusível integrado ao circuito de desconexão do DPS (4).

Figura 1. Esquema de desconexão de um DPS através da tecnologia SCI ³

  1. Estado original
  2. Atuação do mecanismo de desconexão
  3. Eliminação do arco
  4. DPS isolado do circuito

Segundo seu fabricante, DPSs que utilizam a tecnologia SCI (Figuras 2 e 3) são isolados do circuito onde se encontram, no caso de final de vida útil ou falha, de forma totalmente segura.

Figura 2. DPS especifico para sistemas fotovoltaicos
(Configuração em Y e tecnologia SCI) 4

 

Figura 3. Diagrama elétrico do DPS mostrado na figura 2.

Caso estas recomendações não sejam atendidas, o final da vida útil do DPS poderá gerar problemas adicionais e a confiança na geração fotovoltaica, ou no seu serviço, ficará comprometida.
Finalmente, esta é basicamente uma questão econômica. Vale a pena optar pela instalação de um DPS desenvolvido para aplicações fotovoltaicas, certamente com maior preço, ou instalar um DPS convencional com algumas adaptações para atender parcialmente este tipo de aplicação?

Notas

1 – Tradução: Dispositivos de proteção contra surtos em baixa tensão. Dispositivos de proteção contra surtos para aplicações especificas, incluindo C.C. Requisitos e testes para DPSs em aplicações fotovoltaicas.

2 – Os Dispositivos de Proteção contra Surtos da Dehn são distribuídos no Brasil pela empresa Proauto Produtos de Automação Ltda. www.proautomacao.com.br

3 – A tecnologia SCI (Short Circuit Interruption / Interrupção de Curto Circuito) é patenteada pela empresa alemã DEHN+SÖHNE, que a lançou em 2009.

4 – A configuração em Y aumenta a resistência do DPS em relação à possíveis faltas à terra.

 

Referências

AYRÃO. Vinicius. Segurança em sistemas fotovoltaicos de microgeração distribuída conectados à rede. DPS no lado CC do sistema fotovoltaico. Revista Lumière Electric, nº230. 2017. Disponível em:< https://www.yumpu.com/pt/embed/view/dSiFGkfewVv2415u>. Acesso em:16 jan. 2018

CENELEC EN 50539-11 – Low-voltage surge protective devices – Surge protective devices for specific application including d.c. – Part 11: Requirements and tests for SPDs in photovoltaic applications

Dehn+Söhne. DEHN protects Photovoltaic Systems. 2017. Disponível em: https://www.dehn-international.com/sites/default/files/uploads/dehn/pdf/anwendungen/ds109e.pdf. Acesso em: 16 jan. 2018.

International Electrotechnical Commission. IEC 61643-11:2011.Low-voltage surge protective devices – Part 11: Surge protective devices connected to low-voltage power systems – Requirements and test methods