Os 4 artigos escritos até agora, links ao final do artigo, com um pouco de consulta e conhecimento técnico de eletricidade, independente do fato de termos ou não uma norma brasileira especifica para arranjos FV, poderíamos concluir tudo o que escrevi. No entanto, quando falamos de DPS Fotovoltaico , a coisa complica um pouco (na verdade, muito).

O que é DPS e para que serve?

O DPS é um dispositivo de proteção contra surtos, e como o próprio nome diz, tem como objetivo proteger a instalação e os equipamentos contra surtos transitórios de tensão.

Esses surtos podem ser originados de descargas atmosféricas diretas ou indiretas na edificação ou por manobras na rede da concessionária.

As duas principais normas de instalações que prescrevem sobre o uso de DPS são a NBR5410 e a NBR5419.

O assunto e a correta especificação de DPS já não é simples no lado de CA, e falar sobre isso fugiria um pouco ao objetivo desse artigo.

Mas quando falamos sobre DPS para o lado de CC em um sistema fotovoltaico, temos um problema. O DPS NÃO pode ser o mesmo que utilizamos em CA.

Qual(is) normas de DPS?

No Brasil, a norma de produto de DPS é a NBR IEC 61643-1, de 2007, baseada na revisão de 2005 da IEC 61643-1. Já temos um ponto de preocupação, pois essa norma IEC foi substituída pela IEC 61643-11 em 2011, e a norma ABNT se baseia ainda na revisão de 2005.

Mas, vamos ao escopo da norma:

Esta parte do ABNT NBR IEC 61643 é aplicável aos dispositivos para proteção de surto contra efeitos diretos e indiretos de descargas atmosféricas ou outras sobretensões transitórias.

Estes dispositivos são montados para serem conectados a circuitos de 50/60 Hz c.a. ou c.c, e equipamentos de tensão nominal eficaz (r.m.s) até 1 000 V ou 1 500 V c.c. As características de desempenho, os métodos de ensaios e as características nominais são estabelecidos para estes dispositivos que contêm pelo menos um componente não linear destinado para limitar surtos de tensão e desviar surtos de corrente.

Pelo escopo da norma, atende a CC até 1500V, logo, atende a FV, simples assim.

Mas, não é assim.

Um pouco de história

Após uma série de incêndios na Europa (principalmente na Alemanha), se investigou e em meados de 2006 e 2007 concluíram que o DPS, fabricado conforme a norma existente, era um possível foco de incêndio ao fim de sua vida útil.

Catálogos de fabricantes da época chamavam atenção sobre isso.

Em 2009 um fabricante alemão desenvolveu e patenteou um DPS com um fusível integrado que solucionava esse problema. Esse DPS foi concebido de tal forma, que ao final de sua vida útil esse fusível interrompe o circuito internamente no DPS, acabando com o risco de incêndio.

Em 2011, foi publicado uma norma europeia, a EN-50539-11 (Low-voltage surge protective devices. Surge protective devices for specific application including d.c. Requirements and tests for SPDs in photovoltaic applications), voltado especificamente para corrente continua em FV, pois se chegou ao consenso de que a IEC 61643-11 não atenderia a FV.

Essa norma, entre outros avanços, traz a necessidade de se prever um meio de desconexão do DPS do sistema ao fim de sua vida útil.

Por que existe o risco de incêndio

O que um DPS faz é dar passagem para a terra no momento do surto. Ele sai de um estado isolante (circuito aberto) para um estado de curto (circuito fechado) e quando o surto (a sobretensão) cessa, ele volta ao seu estado normal (pelo menos, deveria).

O que caracterizará o fim da vida útil é o fato de o equipamento ser incapaz de voltar ao estado original. Nesse momento então, o circuito permanece fechado.

Instalações em que a corrente de fuga é alta, um fusível de retaguarda externo ao DPS o isolaria do sistema, terminando o risco de incêndio.

No entanto, em um sistema FV conectado a rede (on grid), a corrente de curto circuito não é muito maior que a nominal. Na verdade, em condições de baixa insolação, a corrente de curto circuito ainda será menor que a corrente em condições normais de alta insolação.

Em virtude disso, o fusível de retaguarda não atuaria nesses casos.

Um DPS conforme a IEC 61643-1 (ou a -11, em sua revisão atual) vai, em seu interior, tentar fazer essa desconexão mecanicamente, mas, a associação de corrente contínua em tensões altas e a ausência de câmara de extinção de arco no interior do DPS virará uma fonte de calor e um foco de incêndio.

E preciso me preocupar com a EN 50539-11?

O engenheiro quando projeta e/ou especifica um equipamento deve fazê-lo tendo em mente também as características da instalação e visando garantir a segurança das pessoas e do patrimônio.

Sabemos que a IEC 61643-11 (e por consequência a NBR IEC 61643-1), não oferece as condições de segurança necessárias.

Será que podemos, como profissionais não levar isso em consideração, apenas com a alegativa de que não temos norma nacional sobre o assunto?

Mas, independente de juízos de valores pessoais que possamos fazer, a NR-10 deixa claro que na ausência ou omissão de normas nacionais devem ser aplicadas as normas internacionais ou estrangeiras. Esse caso, não é um item claro de omissão na norma?

DPS Fotovoltaico em Y

Uma recomendação dos fabricantes de DPS para instalações fotovoltaicas é que eles sejam ligados em Y, pois essa configuração é resistente em uma falha de isolação em um sistema fotovoltaico.

Exemplo, se em um sistema de 1000V o polo negativo tem uma falta a terra, entre o polo positivo e a terra teremos uma tensão de 1000V.

Se utilizamos um DPS singelo de 500V, ele irá queimar. Em uma configuração em Y sempre teremos 2 varistores em serie que vão suportar essa tensão (500V + 500V) e a tensão se divide entre os dois.

Situação no Brasil

O projeto de norma de Instalações Elétricas – Arranjos fotovoltaicos, que por sua vez foi baseada no documento que deu origem a IEC 62548 Photovoltaic (PV) arrays. Design requirements, traz em seu texto que os DPS no lado de CC de um arranjo FV deverão estar de acordo com a EN 50539-11, obrigatoriedade esta que já consta da IEC 62548.

Alguns poucos fabricantes ou importadores de DPS no Brasil comercializam DPS projetados e construídos conforme a EN 50539-11.

A alegativa dos que comercializam os DPS conforme NBR IEC 61643 é que, pelo escopo da norma, atende, desprezando com isso as lições aprendidas em outros países, coloca em risco pessoas e patrimônio, e induz projetistas ao erro.

Fica a pergunta, será necessário algum acidente grave para que sejamos mais responsáveis?

Observações:

Entre a data de publicação desse artigo na Revisa Lumiere e nesse post, algumas novidades:

• Em 01/2018 será publicado a norma IEC 61643-31 – ED1: Low-voltage surge protective devices – Part 31: Requirements and test methods for SPDs for photovoltaic installations;
• A IEC 62548 cita a EN 50539-11, mas essa IEC será revalidada ou não em 2018. Acredito (juízo de valor meu) que será substituído as referências;
• O Projeto de norma da ABNT – Instalações Elétricas: Arranjos Fotovoltaicos, traz em seu texto a exigência da EN 50539-11. Como ainda vai a consulta pública, acredito que a revisão substitua.
• As informações que tenho é que a IEC 61643-31 é baseada na EN 50539-11. 

Artigo publicado originalmente na revista Lumière Electric 230 – Link da revista acesso interrompido por iniciativa da publicação

Artigo escrito em colaboração com

Maria Jose Lopez – engenheira Eletricista, atualmente é Gerente da América Latina da DEHN+SOHNE. Anteriormente trabalhou como especialista em proteção de sistemas fotovoltaicos na filial da Espanha da Dehn.