14 de junho de 2021

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Sobretensão: principais problemas em instalações fotovoltaicas?

Este é o problema mais relatado nos serviços de suporte técnico dos inversores

Sobretensão: principais problemas em instalações fotovoltaicas?

Os inversores fotovoltaicos possuem cada vez mais tecnologias embarcadas e facilidades de monitoramento e detecção de problemas, com diversos tipos de alertas para cada possível anomalia identificada. 

Com isso, suas indicações facilitam a análise por parte dos técnicos responsáveis pela correção do problema.

Porém, uma maior quantidade de informações a respeito do sistema pode não representar uma vantagem, caso a pessoa responsável pela análise não conheça os conceitos por trás de cada um dos erros. 

Nos manuais dos equipamentos, por exemplo, há listas com diversos códigos de erros, como exemplificado abaixo.

Neste artigo abordaremos os três erros mais comuns que chegam ao suporte técnico, onde todos indicam anormalidades na instalação e que necessitam de análise e correção em campo. 

Grande parte dos erros citados e apresentados nos alertas dos inversores diz respeito a um problema na instalação e não no inversor, que apenas o identificou.

Lembrando que os códigos variam para cada fabricante, porém o conceito por trás da causa do erro é o mesmo para a grande maioria dos alertas gerados.

Tabela 1 – Lista de erros no manual de instalação e operação de um inversor. Fonte: Sungrow

Entre os erros de maior ocorrência em sistemas fotovoltaicos que chegam ao suporte técnico, estão sobretensão CA, ilhamento e baixa resistência de isolamento, onde cada um será abordado de forma exclusiva em uma série de três artigos, começando por este, onde trataremos do erro de sobretensão, que sem dúvidas é a demanda mais comum.

O erro de sobretensão, quando a ocorrência é no lado da concessionária (tensão alternada), representa que o inversor está medindo, na sua entrada, um valor de tensão por fase maior do que o configurado para a proteção no inversor. 

Todo equipamento deste tipo possui uma tensão nominal de atuação e uma faixa limite de variação, definida por normas e resoluções da ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica), que regulamenta o setor no Brasil, assim como daa ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas). 

Segundo estas, todo inversor fotovoltaico deve, obrigatoriamente, entrar em proteção e se desligar caso os valores da tabela abaixo sejam atingidos:

Tensão mínima de operação Tensão nominal de operação Tensão máxima de operação
0,8 x Vnom (80% de Vnom) Vnom 1,1 x Vnom (110% de Vnom)

 

Ou seja, em uma rede elétrica com tensão nominal sendo 220 V, o inversor atuará por proteção de sobretensão ao chegar em 242 V e subtensão em 176 V. Isso deveria ser pouco comum, porém ocorre com enorme frequência em diversas instalações no Brasil.

E qual a razão disto? Há alguns motivos que podem originar um erro por sobretensão. Um menos comum, e simples de resolver, é quando o setup foi configurado de maneira equivocada. Por exemplo, digamos que a rede onde o sistema foi instalado é monofásica rural de 254V, comum no Brasil. 

Caso seja selecionada a opção informada anteriormente (Vnom = 220 V), obviamente o sistema não irá operar, pois a tensão nominal (254 V) já é maior do que o valor de proteção configurado, sendo necessário realizar o ajuste correto dos valores de proteção.

Porém, os casos mais corriqueiros não dizem respeito a isso, e sim à real elevação de tensão CA que chega ao inversor, sendo isto causado por uma das duas seguintes opções: rede elétrica da concessionária precária ou problemas internos na instalação CA do sistema fotovoltaico. 

Contudo, antes de entrar no detalhe de cada uma, vamos entender como a sobretensão ocorre. A variação da tensão está relacionada à corrente que será transportada entre os pontos da instalação ou, de forma geral, entre o gerador e a carga. Podemos ilustrar da seguinte forma: O ponto onde se localiza o gerador, no nosso caso representa o inversor fotovoltaico. A carga pode ser o próprio consumo interno do cliente ou, em casos onde há um excedente de geração, a energia adicional é transportada para a concessionária, atendendo consumidores vizinhos. 

Em ambos, ao transportar a energia entre dois pontos, temos uma variação de tensão devido à impedância ou à resistência existente no trecho, sendo obtida pela 1ª Lei de Ohm:

ΔV=VgeradorVcarga=Zeq*I

Onde Zeq é a impedância equivalente do circuito e I é a corrente circulando por ele. Ou seja, quanto maior for a minha corrente circulando, e quanto maior a impedância (resistência) do circuito, maior será a variação da tensão.

Por isso é tão comum os problemas de sobretensão ocorrerem principalmente nos horários de pico do sistema fotovoltaico – é quando temos o maior valor de corrente elétrica circulando por este trecho. 

E pelo mesmo motivo, nos momentos de menor geração ou no caso do inversor desligado, a tensão elétrica medida está “normal”. Claro, não há corrente circulando, consequentemente não há variação na tensão elétrica entre os pontos.

E como não é viável, muito menos interessante reduzirmos a corrente injetada (reduzir potência), temos que entender por que a impedância se eleva a ponto de desarmar o equipamento por sobretensão.

Como dito anteriormente, isto se deve à instalação elétrica interna à qual o inversor está conectado ou à rede elétrica da própria concessionária de energia.  N

o primeiro caso, a precariedade da instalação elétrica pode ser causada por um trecho muito longo de cabeamento CA sem a adequada seção do cabo ou alguma emenda ou conexão nos quadros que possa estar com mal aperto, gerando uma alta resistência (ponto quente) — tudo isso pode ocasionar uma elevação considerável de tensão. 

Ou ainda, algo muito comum de ocorrer: você (ou o engenheiro responsável pela obra) dimensionou corretamente a seção de cabo para o inversor, revisou todas as conexões até o quadro interno do cliente, e está tudo certo.

Porém, qual a qualidade e confiabilidade da rede existente, conectando o quadro geral do seu cliente até o padrão de entrada? Pode ser que aí esteja o problema. 

Já nos casos de o problema estar na rede da concessionária, é bem comum de ocorrer principalmente em redes rurais e redes de fim de linha, com menor qualidade e confiabilidade no fornecimento de energia elétrica. 

Geralmente os problemas ocorrem nas redes elétricas mais antigas, com menos manutenção. Quando sofrem uma injeção alta de corrente vinda dos inversores, não suportam transmitir essa energia por longo trecho, com qualidade satisfatória para manter os níveis elétricos exigidos por norma.

Como dito no início, o erro de sobretensão na grande maioria dos casos será um problema na instalação, não no inversor. Então, o primeiro passo é buscar identificar qual é a origem ou a causa da sobretensão na rede elétrica. 

Muitos instaladores partem direto para uma ampliação da faixa de tensão de operação do inversor, visto que a grande maioria suporta tensões mais elevadas, chegando a valores como 270 V, por exemplo.  Porém isso tem algumas implicações:

  • Nem sempre essa elevada faixa de tensão fará o inversor trabalhar em seu ponto ótimo, reduzindo eficiência do sistema;
  • Se há um problema na instalação, cedo ou tarde isso pode se agravar e, mesmo com o ajuste de sobretensão, o erro continua ocorrendo, causando perda de rendimento;
  • A tensão, quando ajustada, será elevada como um todo na instalação. Então há risco da queima de equipamentos eletrônicos do cliente, que possam ser mais sensíveis a essa variação;
  • As normas atuais exigem uma atuação da proteção de sobretensão com 10% acima da tensão nominal (conforme já citado anteriormente). Eventuais danos à rede elétrica originados destas alterações podem vir a ser responsabilizados à unidade consumidora onde o inversor funciona fora desses limites.

Então, devemos conhecer os conceitos que causam essa elevação e atuar para corrigir o problema. Inicialmente deve ser verificado se o projeto elétrico realmente atende aos requisitos mínimos, se está corretamente dimensionado e, a partir disso, se a instalação condiz com o que foi projetado. 

Feito isso, uma possível forma de se ter um primeiro indício do local do problema é realizar a medição da tensão em alguns pontos, de forma simultânea, para encontrar em qual trecho está havendo a variação da tensão. Por exemplo: Na figura acima podemos ver a medição da tensão sendo realizada em 3 pontos distintos da instalação: no inversor fotovoltaico, no quadro CA interno do cliente, onde o sistema fotovoltaico é interligado, e por fim no padrão de entrada da concessionária.

A medição deve ser realizada com o inversor em funcionamento, claro, já que é neste momento que ocorre a sobretensão. Com isso, podemos ter um diagnóstico inicial da seguinte forma:

  • Elevação de tensão no trecho entre inversor-quadro CA. Possível problema na instalação FV: cabos, conexões, maus apertos, transformadores de má qualidade (alta impedância), etc;
  • Elevação no trecho quadro CA–padrão de entrada: Infraestrutura existente no cliente com problemas, seja de baixa qualidade, mal dimensionada, com má conexão, etc;
  • Elevação “conjunta” em todos os pontos, ou seja, do inversor até o padrão, a tensão se mantém muito próxima, mesmo durante a elevação de tensão. Possível problema de infraestrutura da concessionária.

Nos dois primeiros, uma inspeção detalhada na instalação será suficiente para encontrar o problema e corrigi-lo. No último, depende-se de ser feita uma reclamação junto à concessionária de energia para reforço ou reparo na rede, pois é a única solução permanente para o caso. 

Lembremos que ao emitir o parecer de acesso, a concessionária nos garante que podemos realizar a conexão FV com a potência informada e que a rede elétrica suportará tal sistema. 

Um analisador de qualidade instalado no local por um período de tempo, coletando informações, será de grande valia para essa argumentação junto a eles.

Conclusão

Sobretensão não deveria ser, porém é um problema comum de ocorrer nos sistemas fotovoltaicos instalados no Brasil. Redes elétricas com baixa qualidade por parte das concessionárias, principalmente em locais mais afastados, inviabilizam ou prejudicam a geração de energia elétrica por parte dos inversores. 

Somam-se a isso diversos erros de instalação, má qualidade de materiais e equipamentos empregados, e temos então o erro de maior ocorrência nos sistemas fotovoltaicos brasileiros. 

Para agravar a situação, em muitos casos a solução buscada é o ajuste dos parâmetros de proteção do inversor para seus limites máximos, de forma tão simples como se estivéssemos ajustando a data e a hora do equipamento, sem análise prévia do problema e sem entender os riscos envolvidos nesse processo, sem conhecimento da origem do problema da elevação da tensão CA.  

Estes e outros motivos corroboram para reclamações cada vez mais frequentes de usuários finais (clientes) insatisfeitos com um produto que só deveria trazer segurança e economia na sua conta de energia.

Thiago Mingareli Cavalini

Thiago Mingareli Cavalini

Engenheiro eletricista graduado pela UNIOESTE( Universidade Estadual  do Oeste do Paraná) e pós graduado em Engenharia de Segurança do  Trabalho. Experiencia com projetos de BT e MT desde 2016 no setor  fotovoltaico nas fases de projeto e execução de sistemas de micro e minigeração distribuída. Desde 2018 atua como consultor de sistemas  fotovoltaicos, especificamente no suporte técnico pré e pós vendas.

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