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o electricista Cláudio Monteiro . cdm@fe.up.pt Célia Tenente . celia.tenente@afaconsult.com
protecções de sistemas fotovoltaicos {PARTE I}
Como qualquer outra instalação eléctrica as instalações eléctricas de sistemas FV deverão integrar dispositivos que assegurem a protecção das instalações e a protecção de pessoas. O projectista e instalador de sistemas FV deverá ter em conta os potenciais riscos, tomando medidas de protecção para os evitar ou para minimizar os seus efeitos durante e após a instalação.
Este artigo apresenta e discute alguns aspectos relacionados com as protecções típicas associadas a instalação de sistemas fotovoltaicos de pequena dimensão. Em geral as instalações eléctricas fotovoltaica devem respeitar as RTIEBT (Regras Técnicas das Instalações Eléctricas de Baixa Tensão). No entanto, existe muito pouca informação específica sobre protecções para este tipo de instalações. Alguma da informação existente consiste em regras recomendáveis para instalações FV que constam na norma IEC 60364-7-712 que referem particularidades de instalações FV e também na norma EN 50438 que define regras de ligação de micro-geração à rede de distribuição de baixa tensão. Este artigo pretende apenas fazer uma referência a algumas recomendações sobre protecções de sistemas FV, dos componentes e dos seus utilizadores. As protecções de um sistema FV estão associadas aos diversos componentes dos sistemas, este artigo descreve as protecções associadas a estes componentes. Os aspectos relacionados com as protecções de sistemas FV, inclui um vasto conjunto de aspectos que nos obriga a dividir este artigo em duas partes. Esta primeira parte discutirá aspectos
das protecções associados com os componentes da instalação DC dos sistemas FV. Numa segunda parte serão discutidas as protecções das instalações AC dos sistemas FV, os aspectos de ligação à rede e aspectos de segurança nos procedimentos de instalação e manutenção dos sistemas.
OS MÓDULOS Os módulos deverão estar certificados de forma a garantir a protecção das pessoas contra choques eléctricos. Esta protecção deve ser garantida nos módulos através de protecção Classe II, implicando no mínimo, um isolamento duplo que permaneça intacto durante o período de vida útil do módulo. Esta certificação pressupõe a prova da conformidade do módulo à norma IEC 61215 em módulos cristalinos e IEC 61646 em módulos de filmes finos.
Figura 1 . Instalação de módulo fotovoltaico sobre superfície pré-fabricada (Fonte: Jiro Ohno).
Para uma tensão inferior a 120 V, é possível instalar material eléctrico de protecção classe III, no entanto é sempre recomendável a utilização de módulos com protecção Classe II. Os valores máximos das tensões e correntes a considerar para o dimensionamento dos componentes da instalação deve considerar os valores máximos de corrente dos módulos Isc (corrente de curto
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Os descarregadores de sobretensão integrados nos inversores são, na sua maioria, dispositivos de protecção limitada, que não proporcionam protecção contra sobretensões superiores a 5 kV. Por este motivo, para sistemas fotovoltaicos que possuem sistemas de protecção externos contra descargas atmosféricas, e que estejam particularmente exposto aos raios, deverá ser instalado um descarregador de sobretensão no lado AC situado a cinco metros do inversor. Se os inversores forem monitorizados continuamente através de um interface computorizada, a protecção contra sobretensões deverá ser adicionalmente instalada antes da unidade de processamento.
lado DC em tensão reduzida de segurança (UDC<120V, segurança contra contactos directos salvaguardada). Para dispensar a ligação à terra é ainda condição necessária que as estruturas dos módulos não estejam na zona equipotencial, não existindo risco de acessibilidade simultânea a partes da instalação com diferentes potenciais. Se exposição das estruturas dos painéis requerer uma protecção contra descargas atmosféricas directas já será necessária a ligação à terra, mesmo que exista transformador de isolamento e que esteja fora da zona equipotencial. Se não existir transformador de isolamento existe um risco elevado dos componentes DC ficarem sujeitos às sobretensões da rede AC. A falta de isolamento eléctrico entre os circuitos de potência DC e AC nos inversores sem transformador, requer medidas de protecção adicionais em termos da configuração eléctrica de segurança. Nestes casos de inversores sem transformador de isolamento deve ser instalado um dispositivo universal sensível à corrente residual, tanto do lado AC como DC. Nestes casos devem ser ligados à terra de equipotenciais todas as armações e estruturas da instalação. O condutor geral de protecção ou de terra, deve ser encaminhado através da via mais curta para o eléctrodo de terra, preferencialmente em linha recta e vertical. Devido aos riscos de descarga laterais e de indução, deve ser separado dos restantes cabos eléctricos. Deve evitarse formas de ligação que possam vir a gerar correntes de retorno (loops). Os condutores de protecção dos geradores fotovoltaicos situados em prédios que não possuem sistema de protecção contra descargas atmosféricas, devem ter a mesma secção transversal que o cabo principal DC, ou 4 mm2, conforme a maior secção. Para além destes condutores, poderão também ser utilizados componentes condutores “naturais” da estrutura.
Figura 6 . Processo de instalação modular em ascendente (Fonte: KIER).
Em algumas instalações é prática ligar à terra o condutor negativo DC. Esta prática não é recomendável devido a maus funcionamentos que podem surgir em determinados tipos de inversores e devido a defeitos de isolamento interno que possam surgir nos próprios inversores. A ligação dos inversores à terra deve seguir as regras comuns de ligação de equipamentos eléctricos. No entanto salienta-se que inversores de Classe II não devem ser ligados à terra.
Figura 7 . Painel de conexão, na parte traseira do módulo fotovoltaico (Fonte: KIER).
LIGAÇÃO À TERRA DE EQUIPOTENCIAIS Não é necessário ligar à terra de equipotenciais a armação e estrutura dos módulos se existir um transformador de isolamento no inversor, nestes casos o circuito do lado AC e DC estão electricamente isolados. Outra vantagem da utilização de transformador de isolamento é a possibilidade de ligação do
Figura 8 . A parede de instalação do sistema fotovoltaico incorpora os inversores e aparelhos de medição (à direita) na zona de entrada do edifício (à esquerda). (Fonte: BEAR Architecten).