Falha de Isolamento em SFVCR

No post de hoje iremos falar sobre isolamento em SFVCR. Os inversores mais comumente utilizados em sistemas de energia solar são do tipo transformerless, isso quer dizer que não necessitam de um transformador para acoplar a rede elétrica e, portanto, não são isolados galvânicamente da rede. Além disso, esse tipo de inversor não permite que seja feito aterramento funcional do arranjo fotovoltaico conectado ao equipamento. Por aterramento funcional nos referimos a prática de aterrar um dos polos (normalmente o negativo) das strings, prática que era mais comum em módulos mais antigos que necessitavam do aterramento funcional para seu funcionamento correto. No entanto, para os inversores transformerless deve se apenas equipontencializar as molduras metálicas dos módulos junto com o aterramento do local.

De acordo com a norma ABNT NBR 16690 a os requisitos para detecção de falhas dependem se a UCP (Unidade de Conversão de Potência, nesse caso o inversor) possui ou não isolação galvânica e se possui ou não aterramento funcional do arranjo FV. Os requisitos são apresentados na Tabela 2 da norma conforme imagem abaixo. No caso dos inversores transformerless devemos nos atentar para a coluna em destaque.

De acordo com a Tabela 2, o inversor deve monitorar o valor da resistência de isolamento e a corrente residual do arranjo fotovoltaico e caso supere os limites indicados o inversor deve desligar e indicar uma falha.

O item 5.7.3.1.1 traz os valores mínimos exigidos de resistência de isolamento para alguns valores de potência dos arranjos fotovoltaicos do sistema.

Conforme a NOTA valores maiores que esses aumentam a segurança do sistema e antecipam a detecção das falhas. É recomendado verificar o valor mínimo da resistência de isolamento trazido pelo manual de seu equipamento. E no caso de uma falha de isolamento é com este valor que se deve comparar a resistência medida.

Para tornar o procedimento de medição da resistência de isolamento mais rápido e preciso, uma boa prática é testar string por string no inversor, para definir em qual delas ocorre a falha de isolamento. Encontrada a string que apresenta a falha, basta medir a resistência de isolamento do gerador fotovoltaico em relação ao aterramento. Para realizar esse procedimento, os dois polos do gerador devem estar curtos circuitados utilizando um seccionador de capacidade adequada.

Feito o curto-circuito, meça a resistência de isolamento utilizando um Megaohmímetro posicionado entre os dois polos em curto e o terra (do inversor).

Se a resistência de isolamento medida (Riso) for menor que o valor indicado na tabela ou menor que o resultado da divisão entre a tensão máxima da série dividida por 30mA, o inversor pode não se conectar à rede devido ao baixo isolamento do gerador fotovoltaico do aterramento. Por exemplo, se a série possui uma tensão máxima de 1000V, então a Riso deve ser maior que 33kΩ, como margem de segurança. Se o valor encontrado não corresponder ao esperado de acordo com a tabela ou o valor calculado, então é preciso realizar a troca do cabeamento. A Riso pode ser afetada pelas condições ambientais, por isso, o ideal é fazer a medição imediatamente após a falha.

Ainda na ABNT NBR 16690, o item 5.7.3.1.2 cita que é necessário medir o total dos valores RMS de correntes residuais (ambas componentes CC e CA). A detecção deve supervisionar a corrente residual em regime e as mudanças bruscas na corrente residual de acordo com os limites estabelecidos pela norma.

Quando os valores da fuga de corrente forem acima dos especificados pela norma, o inversor deve se desconectar da rede elétrica dentro de 0,3 segundos e indicar a falha para o usuário. Sendo esses valores de 300mA para sistemas de até 30kVA e 10mA por kVA para sistemas acima de 30kVA. O valor de detecção da corrente residual pode variar de acordo com o fabricante do inversor, porém devem atender os limites que a ABNT NBR 16690 indica.

Outro critério de detecção da falha é verificar a alteração brusca da corrente residual. Segundo a norma, se essa alteração for de 100mA ou superior, o inversor deve se desconectar da rede elétrica dentro de 0,5 segundos e indicar a falha ao usuário.

O sistema pode tentar a reconexão quando os valores de corrente residual e os valores de resistência de isolamento voltarem aos limites estabelecidos.

Para realizar a verificação do local em que está ocorrendo a fuga de corrente, meça a tensão entre o polo positivo e o terra e entre o polo negativo e o terra utilizando um voltímetro.

Durante os primeiros momentos em que o voltímetro for conectado entre um dos dois polos e o terra ele medirá uma tensão próxima de Voc/2, que tenderá a se estabilizar em torno de 0V se não houver nenhuma fuga de corrente.

Se a tensão medida entre um dos dois polos e o terra não tender a 0V e se estabilizar em um valor, então há uma fuga de corrente para o solo.

Por exemplo, supondo que a medição realizada entre positivo e terra indicou uma tensão de 200V e entre negativo e terra uma tensão de 300V.

Se o sistema for composto por 10 módulos e cada um fornecer aproximadamente 50V, a falha deve estar localizada entre o 4° e o 5° módulos.

Conforme explicado, com os procedimentos de verificação da resistência de isolamento e de fuga de corrente, é possível identificar o que está causando a falha de isolamento e o local em que o problema está ocorrendo.

Sempre importante lembrar que a inspeção visual do sistema instalado e os testes prévios à ligação do sistema, evitam falhas e consequências sérias à instalação e aos usuários. Cabos com isolação comprometida, módulos quebrados ou com corrosão, aterramento mal conectado, e conexões feitas de forma errada são alguns exemplos de erros que podem acarretar em problema de isolamento no sistema.

Verificar a integridade dos cabos utilizados, inspecionar e manusear os módulos de forma correta, realizar conexões de acordo com a norma e o seguir o manual de instalação são atitudes que tornam o sistema mais seguro e evitam a fuga de corrente em algum ponto da instalação. Além disso, realizar a manutenção preventiva periodicamente para evitar quaisquer consequências para garantir que o sistema estará sempre correto e seguro.

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Autores:

Artur K. Coelho – Engenheiro Eletricista e responsável pelo Suporte Técnico na Fotus Energia Solar.

Catarina M. C. Dagostini – Engenheira Eletricista e parte da equipe de Suporte Técnico na Fotus Energia Solar.

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