How a Solar EPC Company Cut DC Side Faults by 45% Using the SGB5-40P DC MCB

Contexto do cliente

A SunGrid Energy Solutions, uma empresa de EPC solar sediada em Tucson, Arizona, gerencia 25 MW de instalações fotovoltaicas comerciais e industriais no sudoeste dos Estados Unidos. A empresa cuida de tudo, desde o projeto do sistema até as operações e a manutenção contínuas, com uma equipe interna de 15 engenheiros e técnicos de campo. Seu portfólio inclui arranjos em telhados, sistemas de carport e usinas montadas no solo conectadas às redes elétricas.

Como muitos operadores solares, a equipe técnica da SunGrid estava sob pressão constante para maximizar a disponibilidade. As garantias de desempenho dos contratos de compra de energia significavam que cada hora de inatividade acarretava uma penalidade financeira direta. Qualquer falha no lado CC não apenas interrompia a geração de energia, mas também consumia valiosas horas de manutenção.

Quais eram os principais desafios da proteção contra falhas em CC?

Os pontos críticos da SunGrid concentravam-se no lado CC, nas caixas combinadoras de strings, onde a proteção contra sobrecorrente dependia de fusíveis de ação rápida. Quando um string sofria uma corrente inversa proveniente de um arranjo em paralelo ou um surto de um raio próximo, os fusíveis queimavam. Embora isso evitasse danos catastróficos, também criava uma série de dores de cabeça operacionais:

• Os fusíveis são de uso único. Cada disparo exigia uma visita física ao local para substituir o fusível, acrescentando horas de deslocamento e mão de obra.
• A coordenação com os inversores string era deficiente. Os disparos dos fusíveis ocorriam de forma independente, fazendo com que todo o arranjo saísse de operação e disparando alarmes.
• Em muitos casos, os fusíveis não tinham capacidade de interrupção CC adequada, levando a falhas por arco dentro das caixas combinadoras que danificaram terminais e o isolamento da fiação.
• A resolução de diagnóstico era lenta. A equipe tinha que verificar cada string individualmente, gastando em média 90 minutos por evento de falha.

Esses problemas se traduziram em perdas mensuráveis. A empresa registrou 32 eventos de manutenção não programada no lado CC ao longo de seis meses, com um custo médio de $1.800 por evento, incluindo mão de obra, peças de reposição e penalidades de produção. Isso somou $115.000 em despesas operacionais evitáveis.

Por que a SunGrid escolheu o disjuntor em miniatura CC SGB5-40P?

A SunGrid considerou duas soluções alternativas. A atualização para fusíveis de classificação mais alta proporcionaria uma correção temporária, mas não resolvia a limitação de uso único nem o problema de coordenação. A empresa também avaliou disjuntores em miniatura CA genéricos reaproveitados para circuitos CC, mas eles não atendiam à capacidade de interrupção CC exigida e desarmavam sob correntes de partida normais.

A equipe de engenharia escolheu o MCB CC SINGI SGB5-40P após uma série de testes comparativos. Os principais fatores de decisão incluíram:

• Capacidade de interrupção real nominal em CC: O SGB5-40P lida de forma confiável com altas correntes de curto-circuito CC, graças à sua câmara de extinção de arco otimizada. Isso corroborou as conclusões de um recente estudo de simulação MHD que destacou como a divisão do arco e o reforço do campo magnético melhoram o desempenho de interrupção CC.
• Proteção termomagnética: A combinação de disparos térmicos por sobrecarga e magnéticos por curto-circuito proporcionou coordenação precisa com as características de entrada do inversor, eliminando disparos indevidos.
• Design compacto para trilho DIN: O perfil fino do disjuntor permitiu à SunGrid adaptar as caixas combinadoras existentes sem redesenhar todo o invólucro.
• Flexibilidade de rearme: Uma vez disparado, o disjuntor pode ser rearmado no local, reduzindo a necessidade de fusíveis de reposição e chamados de emergência.

Como o SGB5-40P foi implementado?

A implantação ocorreu ao longo de cinco semanas, na primavera de 2025. A SunGrid começou com uma auditoria completa de todas as 12 caixas combinadoras nos três locais-piloto. A equipe mapeou os níveis de tensão dos strings, as correntes de falta previstas e as especificações dos inversores para determinar o quadro e a corrente nominal de disparo corretos para cada instalação.

Nas duas primeiras semanas, os técnicos removeram os porta-fusíveis existentes e montaram os disjuntores SGB5-40P nos trilhos DIN. As conexões de fiação foram apertadas e torqueadas conforme a especificação, usando termografia para verificar que não havia pontos quentes. Durante a terceira semana, a SunGrid reprogramou as configurações de proteção do inversor para coordená-las com a curva tempo-corrente do disjuntor, garantindo que o MCB CC desarmasse antes que o inversor desligasse por sobretensão.

Uma dificuldade comum surgiu durante o comissionamento: alguns circuitos de string operavam próximos do limiar de disparo instantâneo do disjuntor devido às altas temperaturas ambiente. A equipe técnica da SINGI recomendou ajustar o ajuste de disparo magnético (quando disponível) e proporcionar ventilação adicional nas caixas combinadoras. Após esses ajustes, os disjuntores operaram sem disparos intempestivos, mesmo durante a carga máxima do verão.

Quais resultados quantificáveis o projeto entregou?

Após nove meses de operação, a SunGrid compilou as seguintes métricas de desempenho nos três locais piloto:

• Eventos de falha no lado CC diminuíram 45% em comparação com o mesmo período do ano anterior. As características estáveis de disparo do SGB5-40P reduziram desconexões desnecessárias.
• As horas de mão de obra de manutenção caíram 30%. Como o disjuntor pode ser rearmado sem substituição, o tempo médio para restabelecer um string caiu de 1,5 horas para 20 minutos.
• Os disparos de inversores causados por falhas CC a montante caíram 22%. A coordenação seletiva dos disjuntores evitou que arranjos inteiros saíssem de operação.
• A disponibilidade geral do sistema melhorou de 99,1% para 99,6%. Isso se traduziu em 1.200 MWh adicionais de energia entregues anualmente nos três locais, equivalentes a $96.000 em receita incremental.

O custo total da atualização, incluindo disjuntores, mão de obra e pequenas modificações no invólucro, foi de $28.000. Com base na economia em custos de manutenção e na produção adicional, a SunGrid recuperou seu investimento em menos de seis meses.

O que o cliente disse sobre o SGB5-40P?

Rafael Ortiz, Gerente de Operações da SunGrid, comentou: "O SGB5-40P tem sido uma solução de instalar e esquecer. Costumávamos temer as falhas do lado CC porque cada substituição de fusível significava uma longa viagem e muita análise manual. Agora, o disjuntor é rearmado e o sistema permanece online. Só a redução nos desarmes do inversor convenceu nossa equipe financeira de que este era um investimento que valia a pena."

Que lições outros operadores solares podem aprender?

A experiência da SunGrid oferece vários insights transferíveis para proprietários de ativos solares, EPCs e equipes de O&M:

• Não use disjuntores com valor nominal CA em circuitos CC. Os arcos CC são mais estáveis e mais difíceis de extinguir. Escolha um disjuntor como o SGB5-40P que seja explicitamente classificado para tensão CC e ofereça capacidade adequada de interrupção de arco.
• Combine a curva do disjuntor com as características de entrada do seu inversor. A coordenação evita disparos indevidos e garante que o disjuntor seja a primeira linha de defesa sem perturbar a operação do inversor durante eventos transitórios.
• Considere a redução por temperatura ambiente. Em climas quentes, o limite de disparo térmico pode se deslocar. Ventile as caixas combinadoras e escolha disjuntores de valor nominal menor, se necessário, para evitar disparos prematuros.

Olhando para trás, a SunGrid teria realizado termografia em cada conexão durante a auditoria inicial. Alguns terminais soltos descobertos depois poderiam ter sido identificados mais cedo, economizando um dia adicional de trabalho de modernização. A empresa planeja padronizar o SGB5-40P em todos os novos projetos fotovoltaicos daqui em diante.

Referências

1. "Simulation Study on Arc Motion Process of DC Miniature Circuit Breakers" – Análise MHD da extinção de arco de MCBs CC, destacando a importância da divisão do arco e de campos magnéticos externos para melhorar o desempenho de interrupção. Https://doi.org/10.1063/5.0174184
2. "UL 1699B:2018 Photovoltaic (PV) DC Arc-Fault Circuit Protection" – Norma para detecção e interrupção de falhas de arco CC em sistemas fotovoltaicos, fornecendo orientação de projeto para componentes de proteção como MCBs CC. Https://www.shopulstandards.com/ProductDetail.aspx?productId=UL1699B