Why Your PV System Needs a DC SPD Surge Protective Device

Por que os sistemas FV precisam de proteção CC dedicada contra surtos?

Os arranjos fotovoltaicos são instalados ao ar livre, em telhados ou em campo aberto, o que os expõe à atividade de raios e a transientes de comutação da rede. O lado CC de um sistema solar opera em tensões elevadas — 500 V, 1000 V ou 1500 V — e qualquer sobretensão transitória pode estressar o isolamento, danificar semicondutores e encurtar a vida útil de inversores e outros equipamentos eletrônicos. Diferentemente dos sistemas CA, os arcos CC são mais difíceis de extinguir, de modo que um surto que atravesse a entrada do inversor pode causar uma falha catastrófica.

Um dispositivo de proteção contra surtos (DPS) CC dedicado é a primeira linha de defesa. O SGS5-40P DC SPD da 7 circuitos, instalação embutida com tampa transparente foi projetado para detectar picos de sobretensão e desviá-los para o terra, limitando a tensão que chega aos equipamentos a jusante. Sem essa proteção, os custos de reparo e o tempo de inatividade podem superar o investimento inicial. A norma internacional IEC 61643-11:2011 define os requisitos de desempenho e de ensaio para DPS de baixa tensão, fornecendo uma referência para uma proteção CC confiável em sistemas fotovoltaicos.

O que causa sobretensões transitórias nos arranjos fotovoltaicos?

As sobretensões transitórias em arranjos FV surgem de várias fontes:

• Descargas diretas de raio: Um impacto na área do conjunto pode injetar correntes elevadas na fiação, criando grandes diferenças de potencial entre os equipamentos.
• Raios indiretos: Impactos próximos induzem tensões em longos trechos de cabo CC por meio de acoplamento eletromagnético.
• Operações de manobra: A comutação do inversor, as manobras dos disjuntores da rede ou a atuação dos fusíveis podem gerar transitórios de frente
• Elevação do potencial de terra: Quando o raio se dissipa pela terra, pode aparecer uma elevação temporária do potencial de terra nos condutores negativos CC ou de aterramento.

Cada um desses eventos pode criar picos de tensão que excedem a capacidade de suportar dos módulos fotovoltaicos, das caixas combinadoras e dos estágios de entrada dos inversores. O SGS5-40P aborda esses riscos limitando a tensão de surto a um nível seguro e dissipando a energia sem interromper a operação normal.

Como o SGS5-40P resolve lacunas comuns de proteção?

O Dispositivo de proteção contra surtos (DPS) CC SGS5-40P é um DPS Tipo 2 projetado para aplicações fotovoltaicas. Ele é instalado no lado CC, entre o gerador fotovoltaico e o inversor. O dispositivo monitora continuamente a tensão em seus terminais. Quando um transiente excede o limiar do varistor, ele se transforma em um caminho de baixa impedância e conduz a corrente de surto para o terra. Depois que o transiente passa, ele retorna automaticamente ao seu estado de alta impedância, pronto para o próximo evento.

Principais características de projeto do SGS5-40P incluem uma corrente de descarga nominal de 40 kA (In), um nível de proteção de tensão baixo (Up) e um desconector térmico que isola o varistor em caso de sobrecarga prolongada ou de fim de vida útil. O dispositivo também inclui um indicador de status visual, permitindo que as equipes de manutenção verifiquem o funcionamento rapidamente. Em conformidade tanto com a IEC 61643-11 quanto com a UL 1449, o SGS5-40P atende aos requisitos dos principais mercados fotovoltaicos da Europa, América do Norte e Ásia.

A tabela abaixo compara os três tipos comuns de DPS usados em sistemas fotovoltaicos, ajudando os compradores a entender por que um dispositivo Tipo 2 como o SGS5-40P atende à maioria dos projetos de geração distribuída.

A maioria das cadeias fotovoltaicas sofre mais com surtos de comutação e induzidos do que com penetração direta de raios, por isso um DPS Tipo 2 com 40 kA de corrente de descarga nominal oferece um equilíbrio sólido entre custo e proteção. O SGS5-40P está dimensionado para essa função.

Quais parâmetros do DPS são mais importantes em aplicações CC?

Ao especificar um DPS CC para um sistema fotovoltaico, os engenheiros precisam avaliar vários parâmetros para garantir uma correspondência adequada com a configuração do conjunto:

• Nível de tensão de operação contínua máxima (Ucpv): Deve ser superior à tensão máxima de circuito aberto da cadeia fotovoltaica na temperatura mínima prevista.
• Amperagem de descarga nominal (In): Representa a corrente de surto que o DPS pode suportar várias vezes. O SGS5-40P fornece 40 kA por polo, adequado para a maioria dos sistemas fotovoltaicos distribuídos.
• Amperagem máxima de descarga (Imax): Uma classificação de corrente de pico por evento único; o SGS5-40P fornece até 120 kA em implementações padrão (verifique conforme a variante do modelo).
• Nível de proteção de tensão (Up): A tensão residual que aparece entre os terminais do DPS durante um surto. Ela deve ficar abaixo da tensão de suportabilidade a impulsos do equipamento protegido.
• Desconexão térmica: Protege o varistor contra fuga térmica caso ele se degrade. O SGS5-40P inclui isso como parte de seu design de segurança.

Em sistemas fotovoltaicos, tanto os condutores positivos quanto os negativos ficam expostos, por isso o SGS5-40P é configurado como um dispositivo de 2 ou 4 polos, dependendo do esquema de aterramento do conjunto. O 7 circuitos, instalação embutida com tampa transparente equipe técnica pode recomendar a configuração de polaridade correta e a opção de sinalização remota para cada projeto.

Como o SGS5-40P deve ser instalado e mantido?

A instalação correta é tão importante quanto o próprio dispositivo. O SGS5-40P DC SPD deve ser colocado o mais próximo possível do inversor ou da caixa combinadora, com o menor comprimento de condutor possível até a barra de terra. Use cabos dimensionados para a corrente de surto prevista e mantenha os fios de entrada e de saída separados para evitar acoplamento. O DPS deve ser protegido no lado CC por fusíveis ou disjuntores apropriados, em conformidade com a IEC 62548:2016, que exige proteção contra surtos quando o arranjo fotovoltaico está exposto a raios.

A inspeção regular deve incluir a verificação do indicador de status — verde significa que o varistor está saudável; vermelho ou amarelo sinaliza fim de vida útil. O recurso de desconexão térmica separará fisicamente o varistor do circuito, deixando o sistema eletricamente seguro, porém desprotegido. Substitua o DPS imediatamente quando o indicador mudar. Uma estratégia proativa de substituição a cada 5–8 anos, dependendo da frequência de surtos, mantém a resiliência do sistema fotovoltaico.

Referências

[1] IEC 61643-11:2011. Dispositivos de proteção contra surtos de baixa tensão — Parte 11: DPS conectados a sistemas de alimentação de baixa tensão — Requisitos e métodos de ensaio. [S].

[2] UL 1449. Norma para dispositivos de proteção contra surtos. [S]. 2021.

[3] IEC 62548:2016. Arranjos fotovoltaicos (FV) — Requisitos de projeto. [S].