Especificações dos cabos elétricos nos sistemas fotovoltaicos

Presume-se na concepção de um projeto fotovoltaico uma longa vida útil de operação de seus componentes, com pouca necessidade de troca e manutenção.

Todos os materiais expostos ao tempo sofrem degradação mais acelerada devido a variações de temperatura, umidade, radiação solar e esforços mecânicos causados pelo vento, por exemplo.

Os cabos são especialmente suscetíveis a este envelhecimento, pois além da influência das intempéries, sofrem aquecimento pela passagem da corrente elétrica e solicitação mecânica pelos ventos ou pela movimentação diária nas usinas solares com rastreadores.

O cabeamento utilizado em sistemas fotovoltaicos deve ser robusto e seguro, principalmente.

Eles devem ser compatíveis com os níveis de tensão e os estresses térmico e mecânico ao longo dos 25 anos presumidos para o tempo de operação da usina. Neste artigo, abordaremos as normas e as definições elétricas e mecânicas que devem ser atendidas pelos cabos empregados nos circuitos fotovoltaicos.

Características dos cabos fotovoltaicos

Os cabos mais facilmente encontrados hoje no mercado possuem 3 tipos principais de isolação: PVC, EPR e XLPE, com normas específicas descrevendo suas características para cada faixa de tensão de operação.

O material isolante e a cobertura influenciam diretamente a capacidade de um cabo trabalhar sob calor, sua resistência de isolamento e outras características mecânicas como elasticidade, durabilidade e proteção contra radiação ultravioleta (UV).

A característica destes cabos visa garantir segurança a longo prazo, ao evitar derretimento ou descascamento da cobertura e do isolamento, o que poderia eventualmente causar um arco elétrico, a principal fonte de incêndio em sistemas fotovoltaicos. Este assunto foi abordado nos artigos Incêndio em sistemas FV: os perigos do arco elétrico e Quais os reais riscos de incêndio em sistemas FV.

Entendendo os trechos dos circuitos

As normas que regem os sistemas fotovoltaicos, como a NBR 16690 (Instalações elétricas de arranjos fotovoltaicos – Requisitos de projeto) e a NBR 16612 (Cabos de potência para sistemas fotovoltaicos, não halogenados, isolados, com cobertura – Requisitos de desempenho), especificam as características mecânicas e elétricas dos cabos empregados em cada trecho de uma instalação. A figura abaixo ilustra a nomenclatura destes trechos.

Todos os cabos dos circuitos de corrente contínua que compõem um sistema fotovoltaico devem seguir as seguinte especificações descritas na norma NBR 16690:

• Serem próprios para corrente contínua;
• Ter tensão de isolação maior ou igual à tensão de aplicação daquele circuito;
• Se expostos ao tempo, proteção contra radiação UV;
• Não propagantes de chamas;
• Possuir dupla isolação;
• Se expostos a ambiente salino, serem de cobre estanhado.

Além disso, todos os condutores também devem obrigatoriamente seguir a norma NBR 16612, que contém requisitos mais exigentes:

• Não permite isolamento e cobertura halogenados;
• Isolamento e cobertura devem ser de material termofixo;
• Tensão mínima de isolação de 1,5 kVcc e máxima de 1,8 kVcc (equivale a 0,6/1 kVca);
• temperatura do condutor em regime permanente de até 90 °C, permitindo operação a 120 °C desde que não se ultrapasse 20.000 h de uso em temperatura ambiente de até 90 °C;
• Condutor de cobre estanhado;
• Ter identificação “USO EM SISTEMA FOTOVOLTAICO” e “NBR 16612”;
• Ser de têmpera mole, isto é, flexível;
• Atender requisitos construtivos especiais como espessura das camadas e critérios de resistência mecânica, térmica e de envelhecimento.

Descubra também outros tipos de energia solar que vão além da tecnologia fotovoltaica.

A norma NBR 16690 permite o uso de outros cabos que não exclusivamente os “cabos solares”, desde que os mesmos não estejam expostos à radiação UV e não formem séries fotovoltaicas. Porém, esses cabos devem – além de seguir requisitos básicos descritos na NBR 16690 – seguir também os requisitos mínimos descritos na NBR 16612. O excerto da norma NBR 16690 abaixo diz que a especificação de cabos para os sub-arranjos e arranjos também devem atender os requisitos da norma NBR 16612:

Os cabos podem ser construídos conforme as normas NBR 7286 (cabos EPR com isolação entre 1 kV e 35 kV) ou NBR 7287 (cabos XLPE com isolação entre 1 kV e 35 kV). Cabe aqui relembrar que também existem cabos EPR e XLPE com isolação abaixo de 1 kV, que seguem outra norma e que não podem ser utilizados nos sistemas fotovoltaicos.

Os cabos de EPR ou XLPE especificados acima não podem ser usados em trechos onde é obrigatório o uso de cabos solares NBR 16612 e nem em trechos que formam séries fotovoltaicas ou estejam expostos à radiação UV.

Estes não têm obrigatoriedade de serem estanhados, podendo inclusive ser de alumínio e, embora o critério da temperatura em regime permanente seja maior ou igual do que os 90 °C exigidos para os cabos solares, o critério de temperatura de operação em sobrecorrente não é, tornando-os incompatíveis para a formação de séries (strings) fotovoltaicas.

Cabos com isolamento ou cobertura em PVC, mesmo que de classe de isolação compatível, não podem ser utilizados em nenhum trecho do circuito CC de uma instalação fotovoltaica, pois possuem em sua formulação halogênios, que ao serem incendiados liberam gases tóxicos, além de não atenderem ao critério de temperatura previsto na norma NBR 16612, 7286 e 7287.

Os cabos EPR e XLPE que seguem a norma NBR 7286 ou 7287 não são halógenos, isto é, sua fumaça não é tóxica, além de serem compostos termofixos, que não amolecem ou enrijecem com a variação de temperatura.

Cabe lembrar que, como os requisitos mínimos da norma NBR 16612 são mais exigentes que os da norma NBR 7286 e 7287, não são todos os cabos EPR/XLPE de 1 kV ou mais que podem ser utilizados. Os cabos de EPR / XLPE que atendam simultaneamente às normas NBR 7286 e NBR 7287 e os requisitos da NBR 16612 e 16690 não são tão fáceis de se achar. A tabela abaixo pontua as características elétrica e mecânica de cada cabo:

Tabela: Características dos cabos descritos em suas respectivas normas

Capacidade de condução de corrente

Como podemos ter mais de um tipo de instalação de cabeamento CC, é necessário atentar à capacidade de condução de corrente para cada linha da instalação. A NBR 16690 específica para cada um dos trechos de circuito qual norma deve ser atendida em referência à capacidade de condução de corrente e aos fatores de correção.

Fragmento da norma NBR 1660:

A tabela 5 da norma NBR 16690 relaciona a existência de dispositivo de proteção contra sobrecorrente e a capacidade de condução de corrente dos cabos:

De acordo com a norma NBR 16690, nos trechos de sub-arranjo e arranjo, desde que não expostos à radiação UV ou próximos aos módulos, devemos adotar as tabelas de capacidade de condução de corrente, método de instalação e fatores de correção da norma NBR 5410. Nos trechos onde são formadas séries fotovoltaicas, devemos utilizar a tabela de capacidade de condução de corrente e suas respectivas correções e métodos de instalação da norma de cabo solar NBR 16612.