Sobretensão CA em inversores

Hoje iremos falar sobretensão CA em inversores. Dentro do suporte técnico, recebemos diariamente solicitações de auxílio para entender e ajudar a mitigar problemas existentes em instalações fotovoltaicas. Uma parte muito importante nesse processo é utilizar os inversores como ferramenta de suporte para encontrar a melhor forma de solução dos problemas. Atualmente, as fabricantes dos inversores possuem sistemas de monitoramento onde é possível observar mensagens de falhas remotamente e buscar a melhor forma de resolução dos mesmos.

Um problema que afeta muitas instalações, especialmente as rurais, é o de sobretensão CA. Esse erro aparece quando a tensão na saída CA do inversor está fora da faixa de operação definida para o inversor.

Isso normalmente ocorre por dois principais motivos. O primeiro é pelo fato de que instalações rurais normalmente possuem níveis de tensão diferentes dos normalmente utilizados nas áreas urbanas, níveis que são naturalmente superiores, com o intuito de mitigar quedas de tensão mais elevadas, característica comum de redes rurais. No Espirito Santo, por exemplo, redes rurais são comumente alimentadas em 254/127 V enquanto que nas áreas urbanas o padrão é 220/127 V. Dessa forma, ao fazer a configuração de muitos inversores em configurações pré estabelecidas para redes 220V os inversores ao trabalhar em 254V extrapolam os limites das proteções de sobretenção CA, ocasionando o erro.

O segundo motivo é uma elevação de tensão que ocorre no circuito a medida que a potência do inversor aumenta ao longo do dia.

O efeito da elevação na tensão ocorre devido ao fato de que para injetar potência o gerador, nesse caso o inversor, precisa que a sua tensão seja levemente mais alta que a da tensão de funcionamento da carga que este alimenta.

Em pontas de rede, onde há uma baixa densidade de unidades consumidoras, ou redes rurais a energia injetada nem sempre é consumida nas proximidades do ponto de geração. A energia excedente injetada na rede pode atingir até a mesmo a subestação que atende a instalação, ou seja, a GD passa a ter uma grande penetração na rede de distribuição. Quando o comprimento do circuito entre gerador e subestação é grande, teremos também uma elevada queda de tensão no circuito, que é compensada pelo inversor elevando a tensão de saída em seus terminais. É nesse momento que normalmente os inversores acusam o erro de sobretensão CA.

A sobretensão CA nesse caso está relacionada a inversão do fluxo de potência na rede, e a elevação da tensão é agravada a medida que há um aumento de injeção de potência pelo sistema. Outro fator agravante é a presença de reguladores de tensão que partem da premissa de que o fluxo de potência é unidirecional. Nos cenários de elevada penetração da energia proveniente da GD os reguladores causam um efeito inverso e agravam ainda mais a sobretensão nos inversores.

Agora que entendemos o problema, vamos as soluções:

Inicialmente deve-se verificar se a queda de tensão não é originada na própria instalação. Para isso o cabeamento da instalação deve estar bem dimensionado considerando o critério de queda de tensão. Além disso, as conexões e terminações dos circuitos devem ser verificadas, muitas vezes um aperto frouxo de parafuso ou uma má conexão pode causar um ponto quente que acaba ocasionando uma elevação da resistência do condutor naquele ponto e consequentemente agrava o efeito da queda de tensão.

Uma forma rápida de verificação é medir a tensão que saí dos terminais do inversor e comparar com a tensão que chega no padrão de entrada. Caso essas medidas sejam semelhantes muito provavelmente o problema está externo a instalação. Caso haja uma grande divergência localize e corrija o problema interno antes de partir para qualquer outra providência adicional.

Caso o problema seja externo a instalação o problema deverá ser tratado de forma diferente. Os inversores possuem internamente limites ajustáveis de tensão para seu funcionamento. Isso significa que estes equipamentos podem, na maioria das vezes, trabalhar com tensões superiores às nominais de saída. Relaxando-se os limites de tensão de operação de um inversor pode ser possível fazê-lo funcionar em situações onde há sobretensão na rede. Entretanto, essa solução não é a mais indicada. Isso se dá pois, apesar de os inversores funcionarem normalmente, as cargas da unidade geradora podem ser submetidas a valores de tensão mais elevados do que podem suportar, causando assim a queima precoce de equipamentos.

Após verificar que o problema está externo a sua instalação a solução mais correta é solicitar a concessionária de distribuição que execute os devidos ajustes em seus reguladores de tensão. Entretanto, nem sempre as concessionárias são solicitas a essas requisições, muito menos as tratam com a devida celeridade, salvo quando afetam negativamente a rede de distribuição.

Uma outra possibilidade de solução é a utilização de um transformador rebaixador de 254 para 220 volts, por exemplo. Mas muito cuidado na especificação da relação de transformação do trafo, pois nesse cenário existe a possibilidade de que em alguns raros casos haja ocorrências de subtensão quando a potência injetada pelo inversor ainda está baixa. Essa solução não é indicada quando se observar que com o inversor desligado a tensão da rede está com tensões bem próximas da nominal da alimentação. Entretanto em locais onde a tensão é naturalmente mais elevada pode ser uma boa solução. Lembre-se também que a inserção de transformadores insere no sistema as perdas inerentes a esse equipamento.

Por fim, uma outra solução que pode resolver pequenas elevações de tensão é o ajuste do FP do inversor para valores indutivos até 0,95. Isso permite que haja um leve defasamento entre a tensão do gerador e da carga e a tensão resultante é levemente diminuída. O ajuste do fator de potência normalmente acarreta em menos potência ativa injetada na rede e, portanto, menor geração em kWh, entretanto, essa perda de energia é menor se comparada a energia desperdiçada durante o tempo de reconexão após cada atuação da proteção por sobretensão. Além disso, importante ressaltar que essa solução deve ser amplamente estudada antes de sua implementação em instalações com baixo FP próximas ao limite 0,92 a fim de evitar multa por parte das concessionárias devido ao alto consumo de reativos.

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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