Desligamento seguro de geradores FV do lado de corrente contínua

Em caso de incêndio, geradores FV representam um sério perigo para os bombeiros. A maioria das instalações não dispõe de meios para desligamento de emergência de corrente contínua diretamente nos painéis FV. Este artigo discute o problema e as soluções.

Reinhard Schmidt, da CAW-Winkhaus (Alemanha)

Data: 01/11/2016

Edição: Fotovolt Novembro 2016 - Ano 2 - N^o 7

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Chave rotativas robustas tanto podem desconectar a alimentação de corrente contínua para o inversor, por exemplo, para manutenção, como fechar em curto-circuito os strings para suprimir a tensão em caso de emergência

O princípio da anterioridade, que desobriga instalações preexistentes de se adaptarem a novos regulamentos, e os custos relativamente elevados dos dispositivos de manobra de corrente contínua impediram até o momento a solução do problema de desligamento de emergência em geradores fotovoltaicos (FV). Contudo, uma chave rotativa robusta e fácil de ser instalada em sistemas FV já em operação representa uma saída para esse dilema, principalmente no caso de pequenas instalações FV em edificações residenciais, atualmente existentes em larga escala [na Alemanha (N. do E.)]. Com essa chave é possível assegurar que a instalação se torne de fato livre de tensão por meio do fechamento dos módulos FV em curto-circuito, bem como seccionar o gerador FV do inversor. A construção modular da chave rotativa possibilita uma adaptação à quantidade de strings a ser curto-circuitados e à respectiva potência elétrica.

A discussão a respeito do potencial de perigo das instalações FV em caso s uahkniW-WACincêndio persiste. Na verdade, essa problemática é bastante conhecida: normalmente os bombeiros não podem interromper a geração de energia elétrica diretamente a jusante dos módulos FV. Nas operações de combate ao fogo existe, portanto, o risco de choque elétrico de até 1000 V CC. Uma situação de perigo comparável se verifica quando o nível da água – devido à ruptura de tubulação ou enchente – sobe até atingir o inversor

O alto risco a que os moradores e bombeiros estão expostos, em caso de incêndio ou enchente, não é eliminado pelo ponto de interrupção de CC prescrito na norma de instalação VDE 0100-712 [equivalente à IEC 603647-712]. Com o referido ponto, que pode se localizar a montante do inversor ou mesmo no próprio inversor, o trecho dos cabos entre os módulos FV e o interruptor permanece sob tensão. Soluções alternativas instaladas diretamente nos módulos não obtiveram sucesso até o momento, em função doelevados custos de instalação e operação. De fato, um dispositivo de manobra (relé, contator) com acionamento eletromecânico ou eletrônico utilizado nessa aplicação pressupõe sempre uma fonte de alimentação separada, além da necessidade de testes periódicos para garantir a funcionalidade.

Dispositivos de interrupção centralizados devem ser o mais simples possível, econômicos e, principalmente, flexíveis para adaptações futuras, se quiserem encontrar aceitação — exatamente em instalações existentes.

Chaves rotativas modulares, por exemplo, aten‐ dem prontamente a esses objetivos. Na indústria e na tecnologia dos meios de transporte elas são consideradas padrão de segurança, quando se tra‐ ta de manobrar correntes contínuas elevadas. Em combinação com cabos instalados de acordo com as normas, no que tange à segurança contra incêndio e inun‐ dações, elas constituem também uma solução para o recondicionamento de instalações.

Fig. 1 – A quantidade de câmaras “empilhadas” da chave rotativa corresponde ao número de strings da instalação FV

Projeto orientado para a segurança de manobra

Chaves rotativas têm sido aplicadas há décadas para manobra manual de altas correntes, seja em usinas elétri‐ cas, navios ou no painel de comando de locomotivas (ver boxe). A manobra rápida — e independente da veloci‐ dade de acionamento do operador — evita a formação de arcos mesmo com potências elevadas. Além disso, as câmaras de contato são resistentes ao arco. Esforços mecânicos, tais como impactos e vibrações, assim como es‐ forços térmicos externos ou resultantes de altas correntes contínuas, pratica‐ mente não afetam a capacidade de manobra. O perfeito funcionamento da chave, mesmo depois de muitos anos sem utilização, é assegurado pela autolimpeza dos contatos a cada operação de manobra.

A denominação original das chaves rotativas desse tipo (em alemão: Packetschalter; em inglês: packet switch) deriva de sua forma construtiva. Cada conjunto de peças de contato constitui um “pacote” autônomo, que pode ser empilhado sucessivamente quase sem limites. Esses pacotes (ou câ‐ maras) são separados entre si por discos isolantes, e ligados a um eixo central isolado. A construção modular também é vantajosa para instalações FV, uma vez que, de acordo com o por‐ te e a configuração elétrica da instala‐ ção, as chaves podem ser montadas sob medida para cada aplicação espe‐ cífica (figura 1).

Relação custo-benefício

Justamente no caso de instalações existentes, com o aumento do nível de segurança por meio do desligamento dos geradores FV deve ser também avaliado o risco remanescente em comparação com o inves‐ timento. Como não há regulamentos que obri‐ guem o referido desli‐ gamento de emergência, são oferecidos os mais diversos sistemas para esse fim. Quanto mais complexo o esquema, maiores os custos que oneram a rentabilidade da geração de energia FV. Para conseguir uma solução equilibrada, que considere a segurança, o potencial de risco e o investimento, os fatos seguintes servem como elemen‐ tos de decisão.

Seccionador sob carga imediatamente a montante do inversor – Volume de serviços: pequeno. Custos: muito pequenos. Risco remanescente: muito alto, porque no trecho entre os mó‐ dulos FV e o inversor permanece sob tensão contínua de até 1000 V.
Disjuntor no quadro geral do gerador FV – Volume de serviços: grande, porque geralmente é necessário cabea‐ mento adicional, e eventualmente uma fonte de alimentação. Custos: altos. Risco remanescente: alto, porque o ge‐ rador FV continua produzindo energia. Eficácia do desligamento: incerta con‐ forme o sistema, quando os bombeiros desligam a alimentação geral.
Fechamento dos módulos FV em curto-circuito no quadro geral do gerador – Volume de serviços: grande, porque geralmente é necessário cabea‐ mento adicional, e eventualmente uma fonte de alimenta‐ ção. Custos: muito altos. Risco remanescente: baixo, porque a instalação está livre de tensão a partir do quadro geral do gera‐ dor FV. Eficácia do desligamen‐ to: incerta conforme o sistema, quando os bombeiros desligam a alimentação geral.
Fechamento em curto-circuito de cada módulo FV individual – Volume de serviços: muito grande, porque conforme o sistema é necessário cabeamento adicional para a fonte de alimentação e/ou controle. Custos: muito altos. Risco remanescente: muito baixo, porque o curto-circuito torna cada módulo livre de tensão.
Manobras de curto-circuito e desligamento a montante do inversor com chave rotativa (figura 2) – Volume de serviços: muito pequeno, porque a chave rotativa apenas interrompe o trecho de cabos existente. Custos: muito baixos. Risco remanescente: baixo, porque todos os cabos de corrente contínua estão livres de tensão. Porém, caso os cabos de CC sejam cortados, o curto-circuito torna-se sem efeito. Para proteção contra enchentes, a chave rotativa é instalada numa caixa com grau de proteção IP 67.

Na análise de risco — particularmente para o caso de incêndio — os procedimentos típicos dos bombeiros também devem ser considerados. Em geral eles desligam inicialmente a alimentação no quadro de entrada de energia da edificação. Portanto, é adequado instalar ali uma chave rotativa claramente identificada, para desligamento do gerador FV. Usualmente, o inversor também se encontra nesse local.

Fig. 2 – Na posição “0” a conexão entre os módulos FV e o inversor está interrompida; na posição “Emergência” os módulos FV estão fechados em curto-circuito e os cabos de CC estão livres de tensão

Em alguns casos, porém, o inversor é instalado na cobertura do prédio. Pode-se então colocar a chave rotativa externamente, na fachada. Os condutos de cabos devem ser instalados com integridade funcional — recomenda-se resistência ao fogo classe E90 ou E120. Para evitar acesso não autorizado à chave rotativa, recomenda-se que ela seja montada numa caixa com fecho de chave triangular. Isso possibilita o desligamento centralizado da instalação FV pelos bombeiros (e posteriormente a religação pelo operador), e ao menos dificulta o desligamento deliberado ou inadvertido por terceiros.

Conclusão

Chaves rotativas com as características descritas neste artigo representam uma solução simples, econômica e confiável como medida de segurança para as intervenções dos bombeiros em caso de incêndio. O risco de choques fatais por alagamento em torno do inversor também é significativamente reduzido com essa medida.

Adequadas para instalação em pequenos geradores FV de residências e edificações de uso específico (garagens, celeiros e similares), as chaves rotativas acrescentam uma proteção importante. Os custos para instalação subsequente das chaves são transparentes e não oneram significativamente a operação do gerador.

Referências

DIN VDE 0100–712, VDE 0100-712 2016-10 – Errichten von Niederspannungsanlagen Teil 7-712: Anforderungen für Betriebsstätten, Räume und Anlagen besonderer Art – Photovoltaik-(PV)-Stromversorgungssysteme [equivalente à IEC 60364 – 7 – 712]