Proteção contra sobrecorrente em atendimento às normas vigentes

O setor solar brasileiro está em franco desenvolvimento e assim se faz necessário investir cada vez mais na capacitação de nossos técnicos e profissionais do setor de instalação, manutenção e reparação, bem como nas normas técnicas para esse setor. No que tange a capacitação, cada vez mais podemos encontrar boas instituições dispostas a treinar e capacitar os profissionais.

No entanto, em meio a crises e incertezas vividas, nem sempre os profissionais dispõem de recursos para investir em aperfeiçoamento e assim, o setor se torna vulnerável, com profissionais de baixa qualidade e conhecimento técnico, em um mercado competitivo, porém, com qualidade e atendimento às normas técnicas as vezes negligenciadas.

Nesse cenário de grande crescimento, assim como em todos os momentos, a fiscalização pelas entidades de classe, como o CREA (Conselho Regional de Engenharia e Agronomia), deveria ser mais atuante, garantindo assim o total cumprimento às normas técnicas.

Cada projeto sempre tem uma ART (Anotação de Responsabilidade Técnica) e um profissional responsável, mas nem sempre, ou quase nunca, os sistemas são realmente fiscalizados e devidamente comissionados, porém é de conhecimento de todos os técnicos e projetistas que todas as instalações solares devem atender as normas NBR vigentes tais como NBR 5410, NBR 16690, NBR 5419, NBR 16274, IEC 62548, IEC 63227, IEC 60947-1,2 e 3, IEC 62109-1 e 2, dentre outras tantas.

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Existem vertentes distintas em que equipamentos devem proteger as instalações, porém na verdade acreditamos que bons projetos, profissionais capacitados, fiscalização ao atendimento às normas técnicas, são complementares as proteções intrínsecas dos equipamentos e não excludentes.

Vejamos, por exemplo, o atendimento a NBR 16690 que por várias vezes não é devidamente interpretado e seguido. Pelo contrário, vários profissionais e fabricantes de equipamentos e/ou integradores de soluções e/ou kits fotovoltaicos, estão colocando opiniões próprias ao invés de seguirem as normas técnicas.

Acreditamos que vários dos senhores (as) já se depararam com expressões: livre de fusíveis, não necessário o emprego de string box, dispensado o uso de DPS externo etc. No entanto, esquecemos que o dono do projeto ou o responsável técnico do projeto, não é a instituição A, B ou C e sim quem é o real responsável do projeto a ser implementado é o técnico/engenheiro.

Também não deve ser novidade que vários projetistas efetuam projetos para si próprio e não para as pessoas que realmente irão executá-lo. O projeto deve sim ser executado conforme as normas ABNT, seguindo as NRs, porém tendo como foco o executor, que por muitas vezes é um eletricista iniciante, um técnico com pouca experiência, um técnico com muita experiência ou uma E=empresa qualificada.

No entanto, o projeto deve ser compreendido pelo seu público-alvo e sempre em conformidade com as normas vigentes, alheios de interpretações pessoais ou interesses.

Durante uma apresentação, perguntamos a uma turma em formação quem já havia lido e interpretado a NBR 16690, e que não perguntaria a respeito da NBR 5410 ou a NBR 5419, por entender que assim como a NR-10, essas eram básicas e dignas de estar a cabeceira do projetista e de fácil consulta.

Para nossa surpresa e perplexidade, menos de 10% dos futuros projetistas afirmaram conhecer a NBR 16690 e cerca de 50% já haviam lido parte ou participado de webinários a respeito.

A NBR 16690:2019 – Instalações elétricas de arranjos fotovoltaicos — Requisitos de projeto veio para regrar e regimentar os arranjos fotovoltaicos e assim ser compreendida e aplicada.

Muitos dos atuais inconvenientes vividos em várias instalações e riscos de incêndios, poderiam ser evitados ou minimizados se aplicada a NBR 16690:2019. Quanto ao risco de incêndio em parques fotovoltaicos, esses são raros, mas temos vários outros problemas que ocorrem, seja na fase de projeto, instalação ou comissionamento.

Ao contrário dos que pregam que a NBR 16690:2019 somente trate de string box, DPS, ela vai muito além e nos traz diretrizes a respeito dos condutores, dispositivos de proteção elétrica, dispositivos de manobra, aterramento e equipotencialização do arranjo fotovoltaico.

Outro ponto que deve ser muito bem observado é que essa norma trata de arranjos compreendidos entre 35 e 1500 V em corrente contínua (Vcc) e, essa é complementar à NBR 5410, que trata de sistemas de 1000V corrente alternada e sistemas de até 1500V em corrente contínua.

Dessa forma, mesmo com imensa vontade de incluir opiniões pessoais de que os equipamentos elétricos a serem empregados nos sistemas fotovoltaicos dos fabricantes A, B, ou C permitem o uso até 1550 ou 1580 Vcc, notem que as normas não descrevem ou não se aplicam para sistemas acima de 1500 Vcc e assim, não podemos aplicá-las.

Quando mencionamos então as normas que serviram como base para a preparação da NBR 16690, temos mais de duas páginas de referência e uma abrangência desde fusíveis, painéis elétricos, sistemas de aterramento, entre outros.

Essa norma vigente é tão forte e ao mesmo tempo mal interpretada e seguida, que se os investidores, fundos de investimentos e ou seguradoras dedicassem alguns dias e horas a fim de compreendê-la, muitos projetos perderiam seus investidores ou suas seguradoras por entenderem os riscos, velados ou diretos aos quais estão expostos e, dessa forma, tornando os projetos como sendo de alto risco e baixa atratividade.

Todo engenheiro na função de perito, em caso de uma arbitragem ou perícia, poderia ter argumentos embasados somente na NBR 16690:2019 para talvez, em caso de um sinistro, propor a seguradora o não pagamento do prêmio do seguro, uma vez que o previsto em norma não foi devidamente implantado e isso não somente em caso da adoção de um equipamento principal como o caso de um inversor fotovoltaico, mas também desde a escolha de um condutor que não esta em conformidade com a máxima corrente ou com a inexistência de um elemento de proteção de sobrecorrente e ou corrente reversa. Novamente, fica a sugestão de investir tempo e aumentar o conhecimento a respeito da NBR 16690:2019.

Quanto à corrente dos circuitos e arranjos fotovoltaicos, conforme descritos no item 3.1.14, 15 e 16 da NBR 16690, a corrente total resultante é igual a soma de todas as correntes parciais de cada arranjo colocado em paralelo.

A fim de exemplificar: a) se um arranjo for resultante do paralelismo de outros 10 subarranjos, a corrente total será a corrente da soma de todos os arranjos. Em uma string box ou caixa de junção de arranjos ou combiner box, isso fica mais bem compreendido, uma vez que temos múltiplas entradas provenientes de arranjos fotovoltaicos (módulos colocados em série), e esses múltiplos arranjos são colocados em paralelo no barramento da combiner box.

Conforme também previstos na norma e a fim de proteger os circuitos dos arranjos e seus módulos fotovoltaicos e condutores de interligação, sempre que a corrente total do arranjo for maior que a corrente reversa suportável pelo módulo, uma proteção contra sobrecorrente deverá ser empregada e essa conforme descrito pelo item 5.3.9, “a proteção contra sobrecorrente do lado em corrente contínua somente podem ser utilizados dispositivos fusíveis com fusíveis tipo gPV, conforme a IEC 60269-6, ou disjuntores, conforme a ABNT NBR IEC 60947-2 ou IEC 60898-2”.

Também, e a fim de deixar mais claro no item 5.3.10 dessa, está descrito que: “Deve ser fornecida proteção contra sobrecorrentes para subarranjos fotovoltaicos se mais de dois subarranjos fotovoltaicos estiverem ligados a uma única UCP”.

O cálculo desses elementos de proteção também está descrito nesta norma, porém depois de calcular temos que verificar se eles estão em conformidade com as correntes máximas dos fabricantes, nesse caso a corrente máxima reversa suportável pelos módulos fotovoltaicos.

Na opinião de alguns técnicos, a fim de proteger os módulos (painéis fotovoltaicos), se faz necessário o uso de fusíveis de proteção nos circuitos em corrente contínua ou disjuntores, mas se esquecem que estamos também protegendo os condutores, os conectores, as instalações e os módulos, uma vez que para a corrente chegar até os módulos, têm que percorrer por todos esses elementos.

Temos riscos de incêndios e aquecimentos acima do admissível também nos condutores, o que também temos metodologia e normas para efetuarmos esses dimensionamentos e redução ou eliminação dos riscos.

1) Exemplo de uma string box

Veja que cada uma das 16 entradas, seja pelo lado positivo ou pelo lado negativo, possuem proteção contra sobrecorrente e por fusíveis tipo gpV, resultando assim em proteção contra reversão de corrente pelos condutores e módulos fotovoltaicos acima de um limite suportável, pré-determinados pelos fabricantes.

2) Exemplo de uma proteção em inversor fotovoltaico

Vejam que esse inversor, com as entradas em corrente contínua acopladas a ele, possui proteção contra sobrecorrente através de fusíveis e ou disjuntores, e assim, atendendo a NBR 16690 e efetuando a proteção tanto aos condutores quanto aos módulos em caso de falha, protegendo assim contra a corrente de circulação reversa excessiva.

3) Tipos de inversores com 1 MPPT associado a string box

Estes inversores devem sempre ser acoplados a uma string box ou combiner box e assim essas efetuam a proteção dos subarranjos, vez que os inversores não possuem dispositivo de proteção para cada subarranjo e como todas as entradas estão em paralelo, em caso de falha em um subarranjo a corrente circulante reversa poderia danificar os condutores e os módulos fotovoltaicos, em caso da não existência desses dispositivos.

Note que os subarranjos são conectados a string box e a partir dela ao inversor.

Arquitetura de inversor de 1 MPPT – 60, 75, 125, 150, 160, 260…1000, 2000, 3400 kVA

4) Inversores do tipo múltiplos MPPT

Normalmente, e em na maioria dos casos, esses inversores por terem duas entradas (dois subarranjos) conectados a um MPPT, dispensam o uso de proteção de sobrecorrente, conforme descrito acima.

Note que eles possuem até duas entradas, seccionador com potencial de seccionar e interromper a máxima corrente e simultaneamente os polos positivos e negativos e DPS no lado CC e no lado CA.

No entanto, e conforme anteriormente exposto, a decisão em empregar uma string box associada ou não é de responsabilidade do projetista, embora nesse caso o atendimento a norma esteja em conformidade e seria então uma redundância e, em alguns casos, pode acarretar redução da confiabilidade do sistema.

5) Inversor múltiplo MPPT com múltiplas entradas em paralelo

Alguns inversores possuem MPPTs de elevadas correntes e múltiplas entradas. O exemplo abaixo possui 2 MPPTs de 100 A cada, porém cada um dos MPPT tem até 5 entradas (subarranjos) em paralelo.

Após a seccionadora, todos os subarranjos de cada MPPT são colocados em paralelo e dessa forma e a fim de atender integralmente a NBR 16690 e não expor a riscos as instalações, os condutores e os módulos fotovoltaicos, conforme descritos nos itens 5.3.9 e 5.3.10, necessitam assim da inclusão de proteção contra sobrecorrente, independente do fabricante A, B ou C informar que a solução é livre de fusíveis.

A responsabilidade final sempre será do projetista responsável pelo projeto e definição dos equipamentos e aplicação deles.

Note que do lado esquerdo segue exatamente a forma construtiva desse inversor de múltiplos MPPTs com múltiplas entradas. Do lado direito, a forma como ele deveria ser para o atendimento a NBR16690:2019, vez que com múltiplos subarranjos em paralelo se faz necessária a inclusão de elemento de proteção contra subcorrente.

Se temos mais que duas entradas provenientes dos módulos FV, por exemplo, o módulo Canadian CS7N-660MB-AG, admitindo esses com 10% de ganhos bifaciais e, conforme informado pelo fabricante, a Imp é de 18,98A, portanto, se tivermos por exemplo cinco entradas a Imax=5xImod = 94,9A.

O fabricante informa que a máxima corrente reversa suportável pelo módulo é de 35 A e não somente por essa razão, mas também e muito provavelmente por estarmos utilizando cabos de seção transversal de 6 mm², por empregarmos um terminal do tipo MC4 com máxima corrente de 40 A.

Se então um dos subarranjos tiver uma falha e como temos todos em paralelo, uma corrente reversa circulante é igual a 4xImod poderá então retornar, passando pelo seccionador do equipamento que deve então suportar essa corrente total, pelo condutor até esse ponto em falha e, dessa forma, esse ponto receberá 75,92 A.

O condutor, o seccionador, o conector tipo MC4, bem como o módulo, devem então suportar essa corrente, no entanto, é muito provável que nenhum dos elementos possa suportar tais níveis de corrente.

Dessa forma, e a fim de preservar a integridade do sistema e riscos às instalações, a NBR 16690:2019 indica que proteções de sobrecorrentes devem ser incluídas a esse equipamento, vez que sem a inclusão de um elemento externo, esses tipos de equipamentos estão em desconformidade com a norma vigente, oferecendo riscos às instalações, aos usuários, aos investidores e as seguradoras.

Uma das várias soluções seria adotar pelo menos fusíveis no polo positivo desse inversor ou um disjuntor conforme ABNT IEC 60947-2 em conformidade com a resolução NBR 16690.

Conclusão

Para a evolução do setor fotovoltaico. se faz cada vez mais necessário o investimento contínuo e aplicado em treinamento e capacitação de nossos profissionais, o aumento da fiscalização por parte dos órgãos competentes como o CREA, o atendimento às normas técnicas vigentes, bem como a atenção de nossos profissionais técnicos na elaboração dos projetos voltados a garantir a integridade das instalações e dos usuários, bem como o retorno financeiro aos investidores e sempre voltado a perfeita interpretação dos responsáveis pelas implantações e instalações.

Um equipamento pode mitigar ou reduzir o risco das instalações, mas treinamento, capacitação e a correta aplicação das normas técnicas e profissionais competentes, esses pilares formam uma instalação segura e correta.

É chegada a hora de profissionalizar nosso setor e criar medidas de contingências para que instalações sejam elaboradas desde a fase de projeto em conformidade com as normas vigentes, ao invés de criarmos medidas de mitigação ao verdadeiro risco eminente aos sistemas que por muitas vezes é a falta, ausência ou baixa qualificação de nossos profissionais.

Como ocorre em outros setores como o de petróleo, gás, cimento, mineração, transporte, energia dentre outros que investem pesado em qualificação dos profissionais, o setor de engenharia, instalação e operação são reconhecidos por terem os melhores profissionais, processos e procedimentos de qualidade e controle, reduzindo assim em muito, e praticamente a zero, os riscos.

O setor solar tem que caminhar para a mesma direção, com a adoção de métodos de controles, fiscalização, treinamento e capacitação aos profissionais.

Nossa opção sempre foi atender aos requisitos técnicos e jamais negligenciar qualquer norma técnica vigente. A aplicação dos equipamentos em projeto é sempre de responsabilidade do técnico/engenheiro responsável e assim cabe a eles a correta interpretação das normas vigentes. O engenheiro responsável sempre será o elo mais forte da cadeia e, portanto, a pessoa que irá responder pelos seus atos expressos na forma de um projeto.

Cabe também às seguradoras serem mais enfáticas ao atendimento das normas técnicas e desde o momento zero se manifestarem quanto as necessidades e observâncias às normas e padrões estabelecidos, a fim de no futuro, e em caso de sinistro, não virem a negar o prêmio do seguro, ao mesmo tempo que deveríamos exigir por parte do CREA a fiscalização das instalações na figura de seu representante e associado, engenheiro responsável.

O Brasil tem a oportunidade de entrar em posição de reconhecimento e soberania no setor fotovoltaico, no entanto, temos que cada vez mais estarmos atentos às normas técnicas, de segurança e garantir o retorno seguro aos investidores e as instalações, bem como a segurança operacional e das pessoas.