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O arco elétrico e o risco de incêndios em sistemas fotovoltaicos

Ele pode ocorrer devido a maus contatos, envelhecimento dos componentes ou aterramento deficiente

Autor: 15 de julho de 2022julho 29th, 2022Artigos técnicos
O arco elétrico e o risco de incêndios em sistemas fotovoltaicos

Uma vez que ele ocorre, continua a queimar, sendo difícil de se extinguir e é muito fácil causar acidentes com fogo

Incêndio em usinas fotovoltaicas resultam em prejuízos patrimoniais, perda de geração de energia, danos à construção e às pessoas e podem se espalhar para o ambiente ao redor, resultando em uma série de desastres secundários.

O arco CC é o fenômeno de falha mais comum em usinas fotovoltaicas. Eles podem ocorrer devido a maus contatos, envelhecimento dos componentes, ruptura do isolamento ou aterramento deficiente.

Além disso, o dano do arco CC é muito maior do que o do arco CA, porque não há ponto de cruzamento zero no arco CC. Uma vez que ele ocorre, continua a queimar, sendo difícil de se extinguir e é muito fácil causar acidentes com fogo.

Segundo as estatísticas, mais da metade dos acidentes de incêndio em usinas fotovoltaicas são causados ​​por arcos CC. À medida que as especificações dos módulos fotovoltaicos se tornam maiores, a potência e a corrente do sistema do lado CC aumentam.

De acordo com a lei de Joule Q=I²Rt, a corrente dobra e o efeito térmico do ponto de curto-circuito aumenta quatro vezes, com isso o risco de causar um incêndio também aumenta.

Classificação de arco DC

Ao contrário dos produtos elétricos tradicionais, não há invólucro integral para módulos fotovoltaicos e sua fiação para conter arcos e faíscas causados ​​por falhas de componentes e fiação, enquanto muitas instalações fotovoltaicas conseguem operar nas tensões CC típicas que sustentam arcos CC.

Existem três categorias principais de arcos em instalações fotovoltaicas:

  • Arcos em série podem ser causados ​​por fiação incorreta ou fiação em série quebrada;
  • Arcos paralelos podem ser causados ​​por curtos-circuitos parciais entre linhas adjacentes de diferentes potenciais;
  • Arcos de aterramento devido à falha de isolamento.

Arco série

Arcos em série são geralmente causados ​​por mau contato de plugues de cabos entre componentes e má conexão entre cabos de string e caixas de combinação ou inversores.

Devido ao grande número de conectores em série na usina fotovoltaica, existem cerca de 2 mil pares de conectores em uma usina fotovoltaica de 1 MW, por exemplo.. É difícil garantir que todos os conectores sejam de boa qualidade e compatíveis em 100% dos projetos. Esses perigos podem levar a maus contatos e à formação de arcos CC.

Atualmente, alguns inversores integram a função de proteção contra arco, mas há dois grandes problemas com essa proteção:

  • Se houver uma falha de arco em uma string, todo o inversor será desligado, causando grandes danos;
  • Sem a função de localização de falha de arco, o pessoal de operação e manutenção não pode encontrar a localização do arco a tempo e com precisão, o que essencialmente não é uma solução.

Arco paralelo

Arcos paralelos são causados ​​principalmente por curto-circuito de condutores positivos e negativos causados ​​por danos na linha ou curto-circuito entre cabos de string. Quando os cabos das strings são espremidos ou desgastados mecanicamente, ocorre arco entre os eletrodos positivo e negativo, ou entre diferentes strings, o que é uma falha de arco paralelo.

Há outra situação que também pode levar a arcos paralelos, que é quando os arcos série no sistema não são tratados a tempo e o calor dos arcos série queima o isolamento dos cabos e gera arcos paralelos. Quando ocorre um arco paralelo entre os condutores principais, uma vez que o arco pode obter energia suficiente, é mais difícil extinguir, o que causará um grande acidente de incêndio.

O arco em série pode ser extinto desconectando o barramento CC ou a string correspondente do sistema fotovoltaico, mas o arco de falta em paralelo não pode ser extinto, podendo até mesmo fazer com que uma corrente maior passe pelo caminho do arco, tornando o arco mais intenso.

Atualmente, a função de proteção de arco integrada no inversor não pode detectar arcos paralelos e arcos de terra, mas o poder destrutivo dos arcos paralelos é 10 vezes maior do que o dos arcos em série, e o risco de segurança é ainda maior.

Arco terra

O envelhecimento e os defeitos de componentes ou danos mecânicos levam à descarga para o solo. Se os componentes forem colocados de forma em telhas metálicas, haverá arcos de terra ou vazamentos.

Esse tipo de falha não é fácil de descobrir, principalmente em dias de chuva. Atualmente, a solução é desligar o inversor e esperar que o solo seque antes de ligá-lo. Este método não elimina efetivamente os perigos e aumenta o risco de choque elétrico pessoal.

Alta tensão CC

Em uma usina fotovoltaica, os módulos fotovoltaicos são conectados em série para formar um circuito de alta tensão CC, que geralmente atinge cerca de 1000 V. Mesmo quando o sistema é desligado, ainda há uma alta tensão CC de cerca de 1000 V na matriz do módulo fotovoltaico.

Especialmente para usinas fotovoltaicas em telhados, quando ocorre um incêndio em sistemas fotovoltaicos e edifícios, é difícil resgatar com segurança; durante a operação e a manutenção de rotina da usina ou manutenção da propriedade, os operadores e inspetores também correm o risco de choque elétrico.

Produtos de P&D da BENY

Para telhados solares e segurança contra incêndio em edifícios, os dispositivos de desligamento rápido no nível da string e no nível do módulo BENY controlam a tensão dos painéis até um certo nível seguro em microssegundos. Esses dispositivos permitem prevenir acidentes e melhorar a segurança do sistema de energia solar.

As soluções de desligamento rápido (RSD – rapid shutdown) da BENY são projetadas de acordo com o padrão CE, TUV, UL, em conformidade com as leis e os regulamentos de diversos países, como o Código Elétrico Tailandês, NEC2020.

Como membro da aliança Sunspec, a BENY desenvolve RSDs de comunicação PLC (power line communication) para maior conformidade com vários inversores de string. A construção de usinas fotovoltaicas está em pleno andamento e está intimamente ligada a milhares de residências. Como garantir a “segurança”  das usinas fotovoltaicas está atraindo grande atenção de toda a indústria.

Para resolver esse problema de forma eficaz, toda a indústria precisa trabalhar em conjunto para apresentar soluções inovadoras e melhorar constantemente os padrões e regulamentos relevantes, para então implementar verdadeiramente os requisitos relevantes na construção subsequente da usina.

Como uma importante infraestrutura de energia, a operação segura, estável e eficiente das usinas fotovoltaicas é uma garantia importante para o desenvolvimento econômico.

Mais informações sobre os produtos da BENY podem ser obtidas neste link https://www.beny.com/pt/module-level-rapid-shutdown.

Beny Electric

Beny Electric

Fabricante de componentes de proteção para sistemas fotovoltaicos em todo o mundo. Empresa dedicada ao campo de carregamento de veículos elétricos. Nos últimos anos, a BENY Electric investiu atentamente recursos em pesquisa de produtos relacionados a veículos elétricos, fabricando sucessivamente outros tipos de produtos.

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