Uso de string box: por que esse item tão necessário às vezes é negligenciado?

Enquanto a energia solar está se tornando mais acessível e popular no Brasil, o setor ainda enfrenta problemas relacionados à negligência das normas técnicas e de segurança.

Especialmente nos sistemas residenciais e comerciais de pequeno porte, onde se torna evidente que a falta de conhecimento técnico em relação às normas de segurança elétrica são problemas graves.

Principalmente, quando analisado o discurso agressivo de mercado de muitos integradores, onde a competição por clientes leva a procura por economia a qualquer custo, mesmo que em detrimento da conformidade normativa.

Um desses pontos técnicos citados acima diz respeito à utilização de strings boxes, também conhecidas como caixas de junção (Figura 1). Esse produto tem a finalidade de prover uma proteção robusta contra surtos elétricos para o sistema fotovoltaico, principalmente para o inversor, e seu uso é muito debatido no mercado.

Porém, em discordância com as recomendações normativas e técnicas da área, o uso da string box é negligenciado em alguns casos, o que é preocupante devido a muitos desses casos não se tratar de uma decisão tendo a norma como referência.  Mas afinal, por que desencorajar o uso de um dispositivo de proteção do sistema?

Fazendo inicialmente uma análise normativa, pode-se antes fazer uma crítica válida. As normas muitas vezes pecam em apenas recomendar (e não exigir) o uso de dispositivos de proteção em sistemas elétricos.

Essa constatação leva em consideração várias áreas do setor elétrico, não apenas os sistemas fotovoltaicos, cuja norma principal é a ABNT NBR 16690 – Instalações elétricas de arranjos fotovoltaicos — Requisitos de projeto.

Essa crítica às normas remontam a um problema encontrado em áreas de grande concorrência, onde a busca por economia do produto final pode utilizar desse ‘ponto fraco’ normativo e retirar componentes vitais do sistema sob o argumento que não são necessários tecnicamente, quando na verdade trata-se apenas de uma economia a qualquer custo, visando apenas aumento nas vendas e da margem do lucro, ou ainda em alguns casos a sobrevivência em um mercado tão competitivo.

Dito isso, a NBR 16.690 nos diz o seguinte a respeito das string boxes. Em dois trechos distintos são citados a necessidade do uso do DPS. Primeiramente em “5.4.2 – Proteção contra Sobretensão Transitória” é dito que:

“Para proteger o sistema em corrente contínua como um todo, dispositivos de proteção contra surtos podem ser montados entre condutores ativos e entre os condutores ativos e terra no cabo do arranjo fotovoltaico e na entrada da UCP (…) O memorial de cálculo da análise de risco, em conformidade com a ABNT NBR 5419-2, deve fazer parte da documentação do projeto.” 

E depois temos ainda mais um trecho em “6.3.5 – Dispositivos de Proteção contra Surtos (DPS)” onde o seguinte é citado:”

Os DPS são incorporados em instalações elétricas para limitar sobretensões transitórias de origem atmosférica (transmitidas pelos sistemas de alimentação, sejam eles em corrente alternada, corrente contínua ou ambos), e surtos decorrentes de manobras. Certas UCP possuem alguma forma de DPS embutido, porém, também podem ser necessários dispositivos externos. Nestes casos, a coordenação entre os dois DPS deve ser verificada com o fornecedor do equipamento.”

Estes trechos normativos ressaltam a necessidade de dispositivos de proteção contra surtos para salvaguardar o sistema fotovoltaico como um todo. Porém, a utilização duas vezes do termo “podem”, conforme grifado no texto, faz com que os trechos deixem a opção de utilização em aberto.

Por isso, o mais adequado é optar pela garantia da instalação da string box com DPS, que já são projetadas levando em conta outras normas necessárias, como a própria NBR 16690, como NBR 5410, NBR 5419 e IEC 61643-32.

Já em relação ao elemento de interrupção e seccionamento, a norma afirma que deve ser possível isolar o inversor em casos de manutenção, o que mostra a necessidade de um elemento externo ao inversor para isso, em “6.3.7.3 – Dispositivo Interruptor-Seccionador da UCP” é dito que:

“deve ser possível isolar a UCP de todos os polos do arranjo fotovoltaico, de modo que a manutenção da UCP seja possível sem risco de choques elétricos.” 

Com isso chega-se à conclusão de que a chave externa ou disjuntor CC pode oferecer tal garantia de isolamento, porém logo depois o seguinte é dito:

“Para substituição de UCP completas, um dos seguintes meios de manobra deve ser utilizado: a) um dispositivo interruptor-seccionador adjacente e fisicamente separado; ou b) um dispositivo interruptor-seccionador que esteja ligado mecanicamente à UCP e que permita que a UCP seja removida sem riscos elétricos; ou c) um dispositivo interruptor-seccionador localizado dentro da UCP, se a UCP incluir um meio de isolamento que opere apenas quando o dispositivo interruptor-seccionador estiver na posição aberta; ou seja, quando em manutenção, a UCP só pode ser aberta ou retirada se o dispositivo interruptor-seccionador estiver na posição aberta; ou d) um dispositivo interruptor-seccionador localizado dentro da UCP, se a UCP incluir um meio de isolamento que só pode ser operado com uma ferramenta e estiver marcada com um sinal de alerta facilmente visível ou texto indicando ‘Não desligar sob carga’.” 

As letras ‘C’ e ‘D’ da passagem acima fazem com que o interruptor seccionador do inversor, caso exista, seja suficiente. Com isso temos uma ambiguidade perigosa na norma que ao mesmo tempo que indica a necessidade de isolamento total do inversor, posteriormente afirma que uma chave localizada no próprio inversor pode ser utilizada para isso, o que claramente entra em discordância, uma vez que a chave interna do inversor não isola a tensão vinda dos módulos solares.

Não pode ser negado que apenas com um interruptor seccionador ou disjuntor CC externo garante-se a isolação do inversor dos polos do arranjo fotovoltaico durante uma eventual manutenção. Com a análise acima fica clara a recomendação normativa, bem fundamentada, na utilização das string boxes e de seus dispositivos de proteção.

Porém, a falta de um posicionamento mais coeso da norma, não exigindo o seu uso faz com que, mesmo sem critério, o mercado e os profissionais possam avaliar o seu uso ou não. E como dito anteriormente, impulsionado por um mercado competitivo, a necessidade por baixar os custos operacionais, faz com que profissionais acabem optando pela não utilização das string boxes.

Soma-se a isso o discurso optado por alguns fabricantes e distribuidores a respeito das proteções internas dos inversores serem suficientes para garantir a proteção do sistema, corroborando para a não utilização da string box.

De fato, assim como na maioria dos equipamentos eletroeletrônicos, os inversores possuem proteção interna, mas depender apenas dessa proteção é um risco que não se justifica em sistemas fotovoltaicos.

Como pode ser visto na imagem da figura 2, no processo de condução de um surto elétrico, o varistor (principal componente utilizado para proteção contra surtos) pode vir a queimar e danificar componentes que estão em sua proximidade na placa eletrônica, podendo nos piores casos a levar a perda total da placa eletrônica do inversor.

Com isso, três pontos podem defender o uso de string boxes:

1. Comprar um sistema fotovoltaico demanda um alto investimento de um ativo que irá gerar renda continuamente ao cliente, uma proteção barata como as string boxes em relação ao investimento total é facilmente justificada, e garante o payback do investimento;
2. Numa eventual queima da proteção interna, mesmo que ainda em garantia, o inversor deverá ser trocado ou precisará sofrer manutenção. Isso significa que o sistema irá ficar sem gerar energia durante semanas ou meses. O que obviamente gera um ônus ao cliente final. O DPS da string box, além de mais robusto que as proteções internas dos inversores, proporciona a possibilidade da conferência do status da proteção, e possui maior facilidade caso seja necessária sua troca;
3. Com interruptores seccionadores ou disjuntores CC futuras manutenções se tornam muito mais simples e seguras.

Por fim, nota-se que a resposta para a pergunta feita no título deste artigo realmente não é trivial. Sua resposta está intimamente ligada a normas que trazem pontos extremamente relevantes, porém ainda carecem de uma coesão maior para que suas requisições sejam de fato implantadas na prática.

Não deixando brechas que possam ser utilizadas com o único fim de simplificação e barateamento dos sistemas. Neste contexto, passa a ser compromisso das principais empresas atuantes no setor, seja os fabricantes ou os distribuidores o papel de fomentar esse conhecimento técnico, ajudando o integrador a conhecer os detalhes técnicos e consequentemente garantindo um sistema de qualidade para o cliente final. Qualidade essa que não pode ser alcançada quando importantes questões normativas são deixadas de lado.

 

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