Como um provedor de O&M solar reduziu em 60% os custos de falhas em circuitos CC com o MCB CC SGB5-40P

Contexto do cliente

Uma contratadora de EPC e O&M solar de médio porte no norte do Chile gerencia mais de 40 sistemas fotovoltaicos de telhado comerciais e industriais, totalizando cerca de 18 MW de capacidade instalada. A equipe de operações da empresa é responsável pelo monitoramento, pela manutenção preventiva e pela resposta rápida a falhas no lado CC. Com as garantias dos inversores vinculadas à proteção adequada das strings, a equipe dedica tempo significativo a visitas de deslocamento e substituição de peças de reposição em locais distribuídos ao longo de um corredor de 300 km.

Desafios dos dispositivos de proteção CC existentes

As caixas combinadoras originais da empresa usavam disjuntores em miniatura de categoria CA adaptados para strings CC. Em operação real, esses disjuntores não conseguiam interromper as falhas de arco CC. Quando ocorria um curto-circuito no nível do módulo ou no cabo CC subterrâneo, os contatos do disjuntor se soldavam, provocando fumaça e, em dois casos, a perda permanente da caixa combinadora. Foram testados fusíveis como substituição provisória, mas a queima intempestiva por correntes de partida do inversor se tornou outro problema. Cada substituição de fusível exigia um deslocamento, e o tempo de inatividade entre a queima de um fusível e a visita de serviço podia ultrapassar 24 horas. Em um ano, as falhas no lado CC representaram metade de todos os chamados de serviço não planejados.

O contratado também registrou incidentes de segurança: os técnicos encontraram terminais derretidos em disjuntores que haviam desarmado repetidamente sem serem substituídos. A falta de interrupção confiável do curto-circuito aumentava o risco de arco elétrico e de ignição do cabo.

Por que o MCB CC SGB5-40P?

A equipe de engenharia avaliou várias opções. Disjuntores CC de alto padrão com certificação UL de uma marca americana eram inviáveis em termos de custo na escala necessária. Outro produto importado de baixo custo tinha um quadro de 40 A, mas sua classificação de interrupção era válida apenas para condições CA. O projeto mais consistente veio da Série PV da SINGI: o disjuntor em miniatura CC SGB5-40P. Os motivos principais da escolha foram sua câmara de extinção de arco CC dedicada, que alonga e resfria o arco elétrico, e sua curva, que tolerava a corrente de inrush do inversor sem disparos intempestivos. O quadro de 40 A do disjuntor e a montagem em trilho DIN tornaram possível a adaptação nas caixas combinadoras existentes sem redesenho.

Igualmente importante foi a conformidade do produto com as normas internacionais de proteção fotovoltaica. A construção do SGB5-40P aborda as características únicas de falha das fontes fotovoltaicas, em que o sistema fornece uma corrente contínua sem cruzamento por zero natural para extinguir o arco.

Processo de implementação

O projeto durou oito semanas. A equipe de O&M dividiu o trabalho em fases:

• Auditar todas as 128 caixas combinadoras e registrar as configurações das cadeias, os comprimentos de cabo e os níveis de falha existentes.
• Escolher as classificações adequadas do SGB5-40P para cada cadeia após calcular a tensão máxima do sistema e a corrente de curto-circuito presumida.
• Instalar os disjuntores com terminais de torque controlado e verificar a orientação correta da polaridade.
• Realizar um teste de curto-circuito controlado em três locais piloto para confirmar que o disjuntor desarmou dentro do tempo de resposta exigido.
• Atualizar o banco de dados de manutenção e treinar os técnicos sobre os intervalos de inspeção.

Uma dificuldade típica surgiu quando caixas combinadoras mais antigas tinham espaçamento de barra coletora que não se alinhava corretamente com os contatos do disjuntor. Em vez de substituir invólucros inteiros, a equipe usou placas adaptadoras de trilho DIN pré-perfuradas que alinhavam o padrão de montagem. Isso reduziu o tempo de instalação por caixa de três horas para menos de uma hora.

Resultados quantificáveis

Doze meses após a mudança, a empresa mediu os seguintes resultados:

• Os disparos indevidos no lado CC caíram 96% em comparação com os disjuntores CA e os fusíveis anteriores.
• As visitas de atendimento não programadas relacionadas a falhas de sobrecorrente no lado CC diminuíram de 3,2 por mês para 0,4 por mês, reduzindo os custos de serviço em campo em cerca de $18.000 por ano.
• O tempo médio de inatividade por string a cada falha caiu de 28 horas para 4 horas, pois o SGB5-40P disparava sem soldagem dos contatos e podia ser rearmado remotamente no lado do inversor depois que a falha fosse eliminada.
• A frequência de substituições completas das caixas combinadoras caiu para zero no período observado, economizando cerca de $12.000 em custos de substituição de equipamentos.

Além da redução de custos, a melhoria da confiabilidade levou a um aumento de 3% na disponibilidade geral do sistema em todo o portfólio, o que se traduziu em mais de 180 MWh de energia adicional entregue à rede.

Depoimento do cliente

O gerente de O&M comentou: "Costumávamos tratar o disjuntor CC como algo secundário. Depois de passarmos para o SGB5-40P, nossos técnicos não encontram mais contatos derretidos, e o disparo rearmável nos poupa muitos deslocamentos. É a confiabilidade silenciosa de que precisávamos."

Lições e recomendações

O projeto aponta algumas regras repetíveis para proprietários e mantenedores de sistemas FV:

• Sempre faça corresponder o dispositivo de proteção contra sobrecorrente às características de tensão e de falha do sistema CC. Reutilizar disjuntores CA em circuitos CC cria perigos ocultos.
• Antes de instalar um novo componente de proteção, realize um teste de falha de arco em um local piloto representativo. Isso verifica se o dispositivo interrompe o arco CC e se o método de instalação não interfere na trajetória do arco.
• Se o projeto fosse refeito, a equipe realizaria uma auditoria mais cedo do espaçamento das barras coletoras em todas as marcas de invólucros. Isso teria evitado a necessidade de placas adaptadoras nos locais mais antigos, economizando três dias de mão de obra.

Referências do setor

Para engenheiros que avaliam a proteção do lado CC em sistemas fotovoltaicos, duas referências fornecem contexto técnico e regulatório. Um estudo de simulação de disjuntores em miniatura CC demonstra como câmaras de extinção de arco aprimoradas e uma separação de contatos mais rápida melhoram o desempenho de interrupção de falhas CC. Além disso, a UL 1699B descreve os métodos de ensaio e os critérios de desempenho para a proteção de circuitos contra falhas de arco CC em sistemas fotovoltaicos, orientando os requisitos de projeto para dispositivos de sobrecorrente robustos.