Relés de Proteção – Do Eletromecânico ao Digital
30 de março de 2024
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A proteção contra surtos de tensão em sistemas fotovoltaicos é um tema muito importante e ainda gera muitas dúvidas em relação ao correto dimensionamento e utilização. Os sistemas fotovoltaicos possuem peculiaridades que devem ser levadas em conta na hora da escolha de um DPS para o projeto. Recentemente foi lançada a norma ABNT – NBR 16690 que trata das especificações para projetos em sistemas fotovoltaicas e apresenta uma diretriz para o correto dimensionamento dos equipamentos em sistemas fotovoltaicos. O artigo de hoje da ProNext apresenta de forma bastante sucinta o funcionamento dos DPS e as particularidades em sistemas fotovoltaicos.
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Introdução
O crescimento do número de sistemas fotovoltaicos no país tem despertado a preocupação com a segurança deste tipo de geração, tanto na geração distribuída quanto em sistemas maiores, centralizados. As práticas de proteção, principalmente em pequenos sistemas residenciais, muitas das vezes não seguem critérios sugeridos por normas, o que pode tanto danificar o sistema instalado quanto colocar a vida de pessoas em risco. No último mês de outubro foi lançada uma norma nacional – ABNT NBR 16690 – “Instalações Elétricas de Arranjos Fotovoltaicos – Requisitos de Projeto” que trata dos requisitos de projeto das instalações elétricas de arranjos fotovoltaicos. O objetivo da norma é especificar os requisitos de segurança para as especificidades dos sistemas fotovoltaicos que trabalham em corrente contínua.
Dentro deste contexto a proteção contra surtos de tensão é um tema importante que deve sempre ser levado em consideração no projeto. Os dispositivos de proteção contra surto (DPS) têm como função a proteção da instalação contra surtos causados por descargas atmosféricas, sendo foco do artigo de hoje.
Surtos de Tensão
Os surtos de tensão são ocasionados por descargas atmosféricas (diretas e indiretas) e por manobras na rede. As descargas atmosféricas possuem tensão e corrente extremamente elevadas, e podem causar danos diretos e indiretos nas instalações e em sistemas fotovoltaicos. A ABNT NBR 5419 de 2015 em sua parte 1 apresenta a característica da forma de onda de corrente das descargas atmosféricas, a figura 1 exemplifica esta curva.
Existem dois tipos principais de forma de onda característica representadas pela figura 1, uma denominada curva 10/350 e outra denominado de 8/20. A curva de cauda longa 10/350 representa as descargas atmosféricas diretas captadas por um sistema de proteção contra descargas atmosféricas. O número 10 representa o tempo de frente ou de subida na curva, dado por na figura 1 em milissegundos. Já o número 350 representa o tempo em milissegundos, dado por na figura 1, que a corrente de impulso leva para atingir 50% da intensidade da corrente em .
A característica 8/20 é utilizada para representar a descargas indiretas, o tempo de subida é de 8 e o tempo de até meio valor é de 20 .
O conhecimento e o entendimento dessas formas de onda são importantes para a caracterização e dimensionamento do DPS utilizado na instalação.
Funcionamento de um DPS
O Dispositivo de Proteção Contra Surto (DPS) possui como funcionamento básico a variação de impedância a partir da variação da tensão entre dois pontos.
Assim, quando ocorre uma descarga atmosférica em uma instalação ou um surto de tensão por alguma manobra o DPS propicia um caminho de baixa impedância para a corrente de surto. E a sobretensão transitória causada pelo fenômeno não é refletida para os equipamentos da instalação. A figura 2 exemplifica a atuação do DPS.
Tipos de DPS
Um centelhador é produzido por dois eletrodos separados por uma certa distância (gap), durante um surto de tensão surge um arco elétrico e forma-se um caminho de baixa impedância, para onde é desviada a corrente.
O varistor é um componente eletrônico não linear constituído de um óxido de zinco (MOV). Quando exposto a altas tensões a resistência do varistor diminui drasticamente em alguns nano segundos permitindo a passagem da corrente de surto.
Os DPS combinado são as junções dos dois tipos anteriores: centelhador e varistor. Este tipo de DPS consegue dissipar muita energia, limitando a tensão de surto.
Características De DPS
As principais características elétricas para se dimensionar um DPS e que estão presentes na folha de dados do equipamento são apresentados a seguir.
Un: Tensão nominal do sistema a ser instalado o DPS;
Uc: Tensão máxima no DPS em que não deve operar, é pelo menos 110% de
Up: Tensão máxima nos terminais do DPS em uma atuação.
In: Valor de pico da corrente em um DPS quando testado com uma forma de onda característica.
DPS em Sistemas Fotovoltaicos
Sistemas fotovoltaicos possuem particularidades que devem ser levadas em consideração quando se seleciona um DPS para atuação do lado de corrente contínua. Por exemplo, a corrente de curto circuito em sistemas fotovoltaicos é baixa, apenas um pouco acima da corrente nominal do lado CC.
Quando da ocorrência de um curto entre o DPS e a terra o fusível de retaguarda pode não atuar, acarretando danos a instalação e até mesmo um incêndio. Assim, o uso de DPS no lado de corrente contínua deve seguir normas especificas como a EN 50539-11 e IEC 61643-31.
As normas descritas são aplicáveis a proteção contra surtos de tensão em baixa tensão. Um requisito destas normas, específico para sistemas fotovoltaicos é a conexão dos DPS na configuração Y como mostrado abaixo.
Essa configuração aumenta a impedância e consequentemente a isolação do sistema fotovoltaico.
Todas as normas citadas devem ser levadas em consideração para especificações de DPS para garantir a confiabilidade do sistema instalado. Topologias do sistema fotovoltaico e instalações com SPDA também devem ser levados em conta na hora da escolha de um DPS.
Conclusões
O correto dimensionamento e utilização de dispositivos contra surto diminuem o risco de problemas futuros nas instalações fotovoltaicas. Normas nacionais e possivelmente internacionais devem ser sempre seguidas para garantir a integridade do projeto.
Referências
[1] ABNT NBR 5419-1 Proteção contra descargas atmosféricas parte 1: Princípios gerais.
[2] FINDER, Guia para aplicação de Dispositivos de Proteção contra Surtos – DPS. 2012.
[3] IEC 61643-31: 2018 Dispositivos de proteção contra surtos de baixa tensão – Parte 31: Requisitos e métodos de ensaio para os equipamentos de proteção individual para instalações fotovoltaicas.