Responsável pela proteção da parte CC (corrente contínua) de um sistema solar fotovoltaico, a String Box passou a ser utilizada para evitar o desperdício de energia e os riscos de curto-circuitos e de surtos elétricos.
Um sistema fotovoltaico do tipo on-grid ou conectado a rede é composto, basicamente, por um conjunto de módulos fotovoltaicos, cabeamento CC, string box, inversor, cabeamento CA e proteção CA.
Confira no artigo a seguir mais detalhes sobre a String Box e seus componentes.
O que é a String Box e para que ela serve?
Instalações elétricas de qualquer tipo precisam necessariamente seguir as orientações para prevenir que o usuário tenha choque elétrico e também esteja protegido contra efeitos térmicos e incêndios, proteção contra sobrecorrente e sobretensão e tenha capacidade de seccionamento.
Isso tudo está previsto detalhadamente na norma brasileira de instalações elétricas de baixa tensão (NBR 5410) e na norma sobre sistemas fotovoltaicos (NBR 16690).
Os sistemas fotovoltaicos estão inclusos nessas normas e também precisam respeitá-las, seguindo os mesmos princípios básicos. A string box é o componente de proteção da parte CC do sistema fotovoltaico, e fica conectada entre os módulos fotovoltaicos e o inversor.
Esse equipamento trabalha isolando o sistema de produção de energia fotovoltaica, impedindo o risco de propagação de acidentes elétricos, como os curtos-circuitos e os surtos elétricos. A string box funciona como os disjuntores de energia dentro do seu quadro de distribuição de circuitos.
Ela é essencial para garantir a proteção do sistema de geração de energia fotovoltaica, já que realiza um seccionamento sob a carga elétrica. Seus componentes podem ser internos ou externos ao inversor.
Ao optar por não usar uma string box, corre-se o risco de haver queima do equipamento, interrupção da operação do sistema e até mesmo a ocorrência de incêndios. Sendo assim, é um item primordial para garantir a segurança dos usuários de um sistema fotovoltaico, já que com ele o imóvel possui uma usina própria que requer um cuidado extra em comparação quando recebe a energia da distribuidora (ou seja, de uma fonte distante).
Com a distância entre o gerador de energia e sua distribuição é pequena, é necessário tomar alguns cuidados, como se certificar que o fabricante (da string box e dos demais equipamentos) e o instalador do sistema fotovoltaico estão utilizando as medidas de segurança adequadas.
A string box é basicamente composta por:
- Invólucro: onde serão alocados os dispositivos de proteção e as conexões elétricas;
- Dispositivo seccionador: pode ser implementado com chave seccionadora ou disjuntor;
- Dispositivo de Proteção contra Sobretensão (DPS);
- Dispositivo de proteção contra sobrecorrente, podendo ser um disjuntor ou fusível;
- Cabos CC.
Veremos mais detalhes sobre cada um deles a seguir.
Invólucro
É como uma caixa, onde ficam acomodados os dispositivos de proteção e as conexões elétricas. Sua função é a de proteger os dispositivos e as conexões da ação das intempéries, dessa forma salvaguardando o usuário de choques elétricos.
O invólucro pode receber uma classificação de acordo com sua tolerância de entrada de poeira e água, com um número que reflete o seu nível de proteção. Além disso, também podem ser classificados como próprios para ambientes internos (proteção mínima IP2X) ou para ambientes externos (proteção mínima IP55)
A norma brasileira IEC 60529 caracteriza os invólucros próprios para circuitos elétricos. A NBR 5410 também determina que não se deve misturar circuitos CA e CC no mesmo invólucro. A recomendação é que a taxa máxima da sua ocupação em volume seja de até 50% para limitar o efeito de sobreaquecimento.
Dispositivo seccionador
Também chamado de chave seccionadora, serve para realizar a conexão e desconexão da parte CC do sistema fotovoltaico. Para que o seccionamento do sistema seja de fato seguro é preciso que não haja riscos de choque elétrico nem de incêndio em decorrência de faíscas no momento da desconexão.
Suas características técnicas envolvem:
- Tensão de isolamento, que é a tensão máxima entre os pontos elétricos de conexão que a chave suporta;
- Corrente de operação, se tratando da corrente máxima que percorre os elementos elétricos da chave;
- Especificação de uso, definindo se a chave é própria para sistemas CA ou CC;
- Quantidade de pólos, referente ao número de condutores que a chave pode seccionar;
- Suportabilidade ao impulso, que diz respeito à capacidade da chave de suportar um impulso elétrico na posição em aberto conforme as especificações dispostas na tabela 50 da NBR 5410.
Há uma corrente máxima de operação para cada valor de tensão de operação da chave seccionadora. Essa informação consta no folheto técnico ou manual do fabricante do produto. Os limites de tensão, corrente e aplicação devem ser estritamente respeitados para evitar o faiscamento durante a operação normal da chave.
Algumas chaves seccionadoras podem seccionar, simultaneamente, vários condutores, dessa forma assumindo a característica de “chave geral” da string box.
Dispositivo de proteção contra sobretensão
O DPS (ou Dispositivo de Proteção contra Sobretensão) serve para diminuir os efeitos da sobretensão no circuito do sistema fotovoltaico. Sua função é proteger o inversor contra sobretensões vindas do circuito CC.
As principais causas de sobretensões são descargas atmosféricas no sistema de SPDA e descargas atmosféricas próximas que geram corrente no circuito CC. O DPS é caracterizado de acordo com algumas grandezas, conforme veremos a seguir.
A começar pelo Tipo do DPS, que pode ser classificado como Tipo 1, 2 ou 3. O primeiro é próprio para descargas atmosféricas diretas. O DPS Tipo 2 é ideal para sobretensões induzidas por descargas atmosféricas próximas e distúrbios na rede elétrica. E o Tipo 3 serve para proteção de equipamentos elétricos mais sensíveis.
A Máxima Tensão de Operação Contínua (Uc) define a tensão máxima de operação que o DPS suporta sem haver atuação da sua proteção de sobretensão.
Também chamado de Tensão Residual, o Nível de Tensão de Proteção (Up) determina a tensão máxima entre os terminais do DPS no momento no qual ele está ativo e conduzindo corrente de descarga igual a In ou Iimp (veremos a seguir sobre elas). É basicamente a tensão máxima que os circuitos que estão depois do DPS recebem.
A Iimp é a Corrente Nominal de Proteção para DPS do Tipo 1. Trata-se da corrente máxima de proteção que um DPS Tipo 1 pode desviar para o aterramento de proteção. Seus valores ocorrem tipicamente em descargas elétricas diretas.
Já a In é a Corrente Nominal de Proteção para DPS dos Tipos 2 e 3. Refere-se ao valor máximo de corrente que o DPS do Tipo 2 desvia para o aterramento de proteção. O DPS deve suportar essa corrente por no mínimo 19 ativações.
Há também a Icc ou Isc, que é a máxima corrente de curto-circuito que um DPS com fusível interno ou minidisjuntor suporta. Caso ocorra uma falha no DPS, o equipamento deve ser capaz de direcionar a corrente de curto-circuito até que esta seja interrompida pelo próprio DPS, ou por outra proteção existente no circuito.
Por fim, o DPS também é definido pela IMAX, que é a corrente máxima que pode desviar para o aterramento de proteção. A capacidade de desviar corrente quando a mesma atinge IMAX só ocorre uma vez. O DPS se danifica e não pode ser reutilizado.
Fusível
Como dito acima, o fusível serve como um dispositivo de proteção contra sobrecorrente e corrente de curto-circuito. O seu funcionamento tem como princípio a fusão de um elemento condutor quando a corrente ultrapassa o seu valor nominal.
Assim como o DPS, o fusível também tem algumas características técnicas. Uma delas refere-se a sua dimensão, que está relacionada ao tipo de utilização, capacidade de interrupção de corrente e Corrente Nominal (como vimos no tópico anterior, é chamada de In e é usada para cálculos de proteção de sobrecorrente).
Outra característica do fusível diz respeito à Corrente Máxima de Interrupção, que se trata da maior corrente que ele é capaz de bloquear. Valores acima do limite delimitado não garantem o bloqueio da corrente e ainda geram riscos de incêndio no fusível.
Há também a Tensão de Operação, que, assim como a do DPS, também determina a maior tensão sob a qual o fusível pode operar sem apresentar danos ou riscos de mal-funcionamento.
A Curva de Atuação do fusível diz respeito à relação entre o tempo em que o dispositivo demora para atuar e cada valor de corrente acima da nominal.
O seu Tipo especifica para qual circuito/utilização o fusível é indicado e mais apropriado.
Há também a Corrente de Não-Fusão e a Corrente de Fusão em Tempo Convencional. A primeira determina a corrente máxima de sobrecarga acima do valor da corrente nominal na qual o fusível não atuará. O segundo conceito está relacionado à sobrecorrente que garante a atuação do fusível dentro da especificação de tempo convencional (1 ou 2 horas).
Os fusíveis adequados para compor a String Box de sistemas fotovoltaicos são do tipo gPV. Uma de suas principais características é a proteção contra corrente de curto-circuito e sobrecorrente.
Os fusíveis desse tipo apresentam corrente de não-fusão de 1,13 vezes a corrente nominal e corrente de fusão em tempo convencional (1 hora) de 1,35 vezes a corrente nominal. A mínima corrente máxima de interrupção de um fusível gPV é de 10kA.
A designação PV se refere à capacidade dos fusíveis de operar em corrente CC com valores de tensão típicos de sistemas fotovoltaicos.
Disjuntor
Trata-se de um dispositivo termomagnético, que garante proteção contra sobrecorrente e corrente de curto-circuito. Também pode ser usado como elemento seccionador.
Os disjuntores podem substituir os fusíveis em um sistema fotovoltaico. Para que isso seja viável, é preciso que o disjuntor tenha uma corrente de atuação em tempo convencional de 135% a corrente nominal do dispositivo.
O disjuntor do tipo CA não tem a mesma isolação e capacidade de interrupção de arco elétrico do que um disjuntor CC. Sendo assim, não devem ser utilizados na string box.
Seu funcionamento ocorre com o aquecimento de uma chapa bimetálica que sofre uma deformação com a temperatura e uma bobina que gera um campo magnético.
A partir de um determinado ponto, a deformação da chapa e a força eletromagnética causam a desconexão dos contatos internos do disjuntor.
Os disjuntores também podem ser caracterizados de acordo com algumas grandezas, semelhantes a algumas que já vimos anteriormente neste artigo.
A Corrente Nominal de Operação (In) é a corrente máxima em que o disjuntor funciona sem recorrer a sua proteção. Valores acima dessa corrente podem causar a ativação da proteção do disjuntor e a desconexão elétrica do circuito.
A Capacidade Máxima de Interrupção de Corrente do Curto-Circuito (ou Icu) é o valor máximo de corrente que o disjuntor suporta para atuar seccionando o circuito. Valores acima do delimitado não garantem o funcionamento da proteção e ainda podem causar risco de incêndio.
A Curva de Atuação envolve a característica do tempo de atuação da proteção em relação à intensidade da sobrecorrente. A Tensão de Operação define a tensão de operação nominal do disjuntor.
O Tipo do circuito vai definir se o disjuntor é próprio para circuitos CA ou CC. E a Corrente de Atuação em Tempo Convencional determina a corrente na qual ocorre a desconexão em 1 hora.
Cabo CC
A String Box recebe os Cabos do tipo CC que advêm dos módulos e disponibiliza Cabos CC para o inversor. Isso significa que é necessário ter os mesmos cuidados, tanto para seleção de um Cabo CC para o circuito dos módulos quanto para a seleção dos Cabos CC da String Box.
O cabo deve ser composto por dupla isolação, ter resistência à radiação UV, e capacidade de suportar tensões CC (que geralmente são de 600 a 1500 V). Além disso, caso o sistema seja instalado em uma área sujeita aos efeitos da maresia, o Cabo CC também deve conter um condutor de cobre estanhado.
Sua seção dependerá de alguns aspectos específicos, como método de instalação, corrente do circuito, temperatura ambiente, agrupamento dos circuitos e, caso enterrado, da resistividade térmica do solo e da temperatura do solo. A determinação da seção transversal do cabo deve seguir as normas NBR 16612, NBR 16690 e NBR 5410.
Conectores e conexões
Além dos componentes já citados, as conexões presentes no circuito da String Box devem ser realizadas por meio de conectores MC4 ou de cabos com terminação em ilhós.
Não se deve fazer a paralelização ou conexão de múltiplos circuitos em uma string box, a menos que exista uma especificação para isso. A conexão inapropriada de circuitos pode levar ao aquecimento no cabo, dispositivo de proteção e terminais. Isso se torna um perigo pois, além dos pontos de aquecimento aumentarem as perdas de energia do sistema, também podem se tornar focos de incêndio.
Estando por dentro das especificações básicas dos componentes que formam a String Box, fica mais fácil para o consumidor acompanhar a instalação do seu sistema solar fotovoltaico.
10 Motivos para ser um integrador Solfácil
A Solfácil é conhecida por sua grande presença no sistema de financiamento de energia solar, no entanto, a organização oferece diversas facilidades e recursos para o integrador, o que resulta no melhor ecossistema para o profissional de energia solar, e nesse post falaremos mais sobre todos esses pontos.
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