NBR 16690 – Instalações Elétricas: Arranjos Fotovoltaicos – Requisitos de Projeto

HABEMOS NORMA!!! NBR 16690

Está bem, ainda não temos, mas está próximo. 🙂

A NBR 16690, que trata da parte de CC de sistemas fotovoltaicos conectados a rede esteve em consulta pública e os votos estão sendo avaliados pela comissão da ABNT que desenvolveu esse projeto de norma.

Nesse post, republico, com adequações, aos textos publicados em minha coluna, Espaço Solar, na Revista Lumiere, edições 240e 241 (acesso interrompido por iniciativa da publicação).

Um pouco de história

Com a publicação da REN 482 e sua posterior alteração pela REN 687, ambas da ANEEL, o mercado de geração distribuída, principalmente o de sistemas fotovoltaicos, teve inicio, tendo um crescimento exponencial.

(sobre essas resoluções e suas possíveis alterações, veja o artigo de Bárbara Rubim, em http://bit.ly/ren482.) 

Porém, a ausência de uma norma especifica que trate de parte CC de um sistema fotovoltaico levou o mercado nacional a uma série de problemas.

O documento base que deveríamos adotar, a NBR5410, que em seu escopo trata de corrente contínua até 1500V, não atende totalmente as particularidades de um sistema fotovoltaico.

Dentre as particularidades temos, a capacidade de produzir e sustentar arcos elétricos com correntes que não sejam superiores as correntes nominais de operação.

Com isso, em 2015, a ABNT reuniu uma comissão para discutir uma norma de instalações elétricas que COMPLEMENTASSE a NBR5410 nos pontos onde ela não atende as particularidades de um arranjo fotovoltaico.

Contando com a participação de 211 pessoas de diversos setores do mercado, os trabalhos foram encerrados em 12/2016, indo finalmente a consulta pública no dia 28/03/2018.

Como foi feita a NBR 16690

A NBR 16690 foi feita tendo como documento base a IEC/TS 62548:2013.

Importante esclarecer que a IEC 62548 (agora não mais um Technical Specification) foi publicado em set/2016, trazendo algumas pequenas alterações.

Objetivo da norma

De acordo com a própria norma, seu objetivo é:

O objetivo desta Norma é especificar os requisitos de segurança que surgem das características particulares dos sistemas fotovoltaicos.

Ou seja, para garantirmos uma condição de segurança mínima, precisamos atender a NBR 16690.

No entanto, a garantia da segurança está intrinsecamente dependente de que os inversores (em um sistema conectado à rede) estejam em conformidade com as IEC 62109-1 e da IEC 62109-2.

Fronteira da Norma

A  norma se aplica ao arranjo fotovoltaico, sendo necessário definirmos o que é um arranjo fotovoltaico.

“3.1.1 arranjo fotovoltaico
conjunto de módulos fotovoltaicos ou subarranjos fotovoltaicos mecânica e eletricamente integrados, incluindo a estrutura de suporte. Um arranjo fotovoltaico não inclui sua fundação, aparato de rastreamento, controle térmico e outros elementos similares

[ABNT NBR 10899:2013]

[. . .]
NOTA 2 Um arranjo fotovoltaico pode ser constituído por um único módulo fotovoltaico, uma única série fotovoltaica, ou várias séries ou subarranjos fotovoltaicos conectados em paralelo, e os demais componentes elétricos associados (ver Figuras 2 a 7).

Para os efeitos desta Norma, a fronteira de um arranjo fotovoltaico
é o lado de saída do dispositivo interruptor-seccionador do arranjo fotovoltaico.”

Terminologia

Como toda a norma, a NBR 16690 começa com terminologia. A fim de facilitar a compreensão deste artigo, transcrevo algumas:

Unidade de condicionamento de potência – UCP:

sistema que converte a potência elétrica entregue por um arranjo fotovoltaico na potência elétrica com valores apropriados de frequência e/ou tensão para ser entregue à carga, ou armazenada em uma bateria ou injetada na rede elétrica

Valor máximo de proteção contra sobrecorrente do módulo fotovoltaico – I_{MOD MÁX. OCPR}:

valor máximo de proteção contra sobrecorrente do módulo fotovoltaico determinado pela IEC 61730-2

Corrente de curto-circuito do módulo fotovoltaico – I_{SC MOD}:

corrente de curto-circuito de um módulo fotovoltaico ou de uma série fotovoltaica nas STC

Tensão de circuito aberto de um módulo fotovoltaico – V_{OC MOD:}

tensão de circuito aberto de um módulo fotovoltaico nas STC, como especificado pelo fabricante;

Tensão máxima do arranjo fotovoltaico:

tensão de circuito aberto do arranjo fotovoltaico (V_{OC ARRANJO}) corrigida para a condição menos favorável de temperatura ambiente;

Para facilitar o entendimento, para os termos SPMP e caixa de junção, usarei MPPT e string box.

Esquemas elétricos

A norma mostra as principais configurações elétricas básicas de arranjos fotovoltaicos.

Em função da configuração elétrica é que será definido qual o tipo de dispositivo seccionador deve ser utilizado e onde será utilizado.

As principais configurações que a NBR 16690 traz são:

• Arranjo formado por uma única série fotovoltaica (figura 2);

• Arranjo formado múltiplas séries fotovoltaicas conectadosa uma UCP com apenas uma entrada em corrente contínua (figura 3);

• Arranjo formado múltiplos subarranjos fotovoltaicos com apenas uma entrada em corrente contínua (figura 4);

• Arranjo formado com UCP que possui múltiplas entradas em corrente contínua com MPPT individuais;

• Arranjo formado com UCP com múltiplas entradas conectadas em paralelo internamente à UCP (figura 5);

Onde, quando e como seccionar

A norma NBR 16690 determina as condições mínimas de segurança.

Uma norma de instalações sempre leva em consideração, além do funcionamento normal do sistema, os requisitos de manutenção e operação e a proteção caso haja alguma anomalia no sistema.

Como sabemos, um sistema fotovoltaico tem a capacidade de produzir e sustentar arcos elétricos em correntes não superiores as correntes normais de operação.

Sabemos também, que havendo irradiação, teremos tensão nos terminais CC do inversor.

Essas tensões podem chegar na ordem de 1000 a 1500 Vcc em um inversor de string tradicional.

Esse primeiro ponto já é importante, pois o uso de porta fusíveis como seccionamento do arranjo não pode ser utilizado como único meio de desconexão do inversor do arranjo.

Isto porque,  apesar de cumprir os requisitos de seccionamento, não cumpre os de interrupção (abertura sob carga).

Dessa forma, para cada arranjo, precisamos de, no mínimo, uma chave seccionadora sob carga ou um disjuntor.

Obs.: O disjuntor normalmente atende aos requisitos de interrupção e seccionamento.

Nos subarranjos e nas séries, o dispositivo interruptor seccionador não é obrigatório, sendo recomendado para subarranjos.

Quando se necessita apenas da função de seccionamento, alguns modelos de porta fusíveis e os conectores de toque seguro podem cumprir essa função.

No entanto, é necessário que a documentação entregue, a identificação local do sistema e o treinamento operacional reforce que esses dispositivos não podem, em hipótese alguma, ser manobrado sob carga.

A tabela a seguir traz as exigências mínimas de seccionamento.

UCP com múltiplas entradas

Este ponto da norma, no meu entender, é o que trará maiores dificuldades de aceitação/adequação do mercado.

Isso decorre do fato de que com a ausência de norma nacional específica, foram desenvolvidos uma série de hábitos que não condizem com as necessidades de segurança prescritas pela NBR 16690.

Uma UCP com múltiplas entradas, pode ser de 2 formas:

1. Cada entrada possui um MPPT individual;
2. As entradas vão a um barramento CC em comum.

No primeiro caso, deveremos tratar cada entrada como um arranjo independente, para fins da norma.

Ou seja, para cada entrada precisaremos de um dispositivo interruptor seccionador (isto é, de abertura sob carga).

No segundo caso, a norma esclarece que cada entrada é um subarranjo, mas que cada subarranjo precisa, necessariamente de um dispositivo interruptor seccionador.

Com isso, inversores como o ABB TRIO 50 ou o Fronius ECO 27, precisarão de vários interruptores seccionadores, um para cada entrada.

O mercado hoje, erroneamente, entende que se houver um interruptor seccionador não necessita de mais nada.

Aliás, um argumento de venda muito comum é, “meu inversor nem precisa de string box”.

Inversor com dispositivo interruptor seccionador interno

Uma pergunta que sempre ouço é:

“ – Meu inversor possui um interruptor seccionador interno. Preciso de string box?”

A resposta é, depende.

A NBR 16690 vai trazer as condições em que se pode ou não utilizar o dispositivo interruptor seccionador do inversor como suficiente.

Transcrevo o texto a seguir:

“ Para substituição de UCP completas, um dos seguintes meiosde manobra deve ser utilizado:

 a) um dispositivo interruptor-seccionador adjacente e fisicamente separado; ou

 b) um dispositivo interruptor-seccionador que esteja ligado mecanicamente à UCP e que permita que a UCP seja removida sem riscos elétricos; ou

 c) um dispositivo interruptor seccionador localizado dentro da UCP, se:

a UCP incluir um meio de isolamento que opere apenas quando o dispositivo interruptor-seccionador estiver na posição aberta; ou seja, quando em manutenção, a UCP só pode ser aberta ou retirada se o dispositivo interruptor seccionador estiver na posição aberta; ou

 d) um dispositivo interruptor-seccionador localizado dentro da UCP, se a UCP incluir um meio de isolamento que só pode ser operado com uma ferramenta e estiver marcada com um sinal de alerta facilmente visível ou texto indicando “Não desligar sob carga”.

Com isso, para definir se preciso de um outro interruptor seccionador além da que vem com o inversor, precisamos analisar o inversor e verificar se cumpre alguma das condições descritas anteriormente.

Como o post já ficou extenso, na próxima semana analisaremos outros itens do projeto de norma.

E se quer aprender como projetar a parte elétrica de um sistema FV, já de acordo com o projeto de norma?

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