Embora grande parte do público possa pensar que a radiação do sol é magicamente transformada em eletricidade que alimenta todos os tipos de equipamentos e dispositivos, os técnicos solares sabem que há muito mais do que isso.
Nos painéis fotovoltaicos, a corrente é "selvagem" e não limitada pela eletrônica, o que tem implicações em falhas de aterramento ocultas, dimensionamento de fios, e é o impulsionador para o desligamento rápido. As medidas de controle e as melhores práticas para mitigar riscos serão diferentes ao trabalhar com sistemas fotovoltaico em comparação com qualquer outro tipo de planta de geração de energia.
Aqui estão três dos riscos elétricos mais comuns com sistemas fotovoltaicos, juntamente com medidas de controle específicas que você pode tomar para reduzir o risco.
Perigo 1. Choque ou eletrocussão de condutores energizados
Assim como acontece com outros tipos de geração de energia elétrica, os sistemas fotovoltaicos apresentam o risco de choque e eletrocussão quando a corrente percorre um caminho não intencional por um corpo humano. A corrente de 75 miliamperes (mA) no coração é letal. O corpo humano tem uma resistência de cerca de 600 ohms. Pela lei de Ohm, a tensão (V) é igual a corrente (I) vezes a resistência (R), então V=IR.
Para calcular a quantidade de corrente que passaria pelo corpo de uma pessoa se exposta a 120V, é só dividir 120V por 600 ohms (I=V/R), o que totaliza 0,2 amperes ou 200mA. Isso é mais de 2,5 vezes o limite letal de 75 mA, portanto, proteger você e seus funcionários contra esse tipo de evento é fundamental.
Choques elétricos são normalmente causados por um curto-circuito resultante de cabos e conexões corroídos, fiação solta e aterramento inadequado. Os principais locais para procurar essas condições em um sistema fotovoltaico incluem a caixa combinadora, a fonte fotovoltaica e os condutores do circuito de saída e o condutor de aterramento do equipamento. O condutor de aterramento une todos os componentes metálicos, e eventualmente ao aterramento, por meio do condutor do eletrodo de aterramento e do eletrodo de aterramento.
Medidas de controle: sistemas de desligamento rápido
A energia produzida a partir de sistemas de cadeias fotovoltaicas varia diretamente com o sol. Para reduzir o risco de choque em técnicos e socorristas, precisamos encontrar uma maneira de desligar essas cadeias durante um curto-circuito ou queda de energia. O Código elétrico nacional (NEC) de 2017, seção 690.12, exige o "desligamento rápido" dos sistemas fotovoltaicos dentro e fora dos limites do painel. De acordo com a seção 690.2 desse código, o limite do painel fotovoltaico é um conjunto integrado mecanicamente de módulos ou painéis com uma estrutura de suporte e fundação, rastreador e outros componentes, que formam uma unidade de produção de CC ou CA. Isso inclui condutores controlados localizados dentro do limite ou até quase um metro do ponto onde eles penetram na superfície do edifício.
A partir de 2019, o NEC tornou esses requisitos mais rigorosos, exigindo:
- Módulos e peças condutoras expostas dentro do limite do painel fotovoltaico devem ser reduzidos a 80V em 30 segundos.
- Condutores localizados fora do limite da matriz devem ser limitados a 30V em 30 segundos.
Os dispositivos de desligamento rápido devem estar localizados na desconexão de serviço ou deve haver um interruptor especial de desligamento rápido. Há uma exceção para sistemas controlados por componentes eletrônicos de potência em nível de módulo, como microinversores e otimizadores de potência, que reduzem a tensão. Matrizes sem partes condutoras expostas e localizadas a mais de 2,5 metros de partes condutoras aterradas expostas não são obrigadas pela norma.
Além disso, muitas jurisdições nos EUA exigem que as matrizes fotovoltaicas de telhado tenham contratempos que permitem que os bombeiros acessem o sistema. Por exemplo, o Código de incêndio residencial da Califórnia exige que os módulos fotovoltaicos estejam a pelo menos um metro do alto do telhado.
Perigo 2. Falhas de arco que provocam incêndios
Como acontece com qualquer sistema elétrico, o incêndio é sempre um perigo potencial. Talvez uma das causas mais comuns sejam os arcos elétricos, que são descargas de alta potência de eletricidade entre dois ou mais condutores. O calor causado por esta descarga pode causar a deterioração do isolamento do fio e, assim, causar uma faísca ou "arco" que provoca um incêndio.
Os sistemas fotovoltaicos estão sujeitos aos arcos elétricos em série causadas por uma interrupção na continuidade de um condutor, ou falhas de arco paralelo causadas por corrente não intencional entre dois condutores, geralmente devido a uma falha de aterramento.
Medidas de controle: Interruptores de circuito com falha de arco
Um Arco Elétrico ou falha de arco pode gerar um curto-circuito ou falha de aterramento, mas pode não ser forte o suficiente para acionar um disjuntor ou um interruptor de circuito de falha de aterramento (GFCI). Para se proteger contra falhas de arco, você precisa instalar um interruptor de falha de arco (AFCI) ou um disjuntor AFCI no circuito. Os AFCIs detectam correntes de arco perigosas de baixo nível e desligam o circuito ou a tomada para reduzir as chances de um arco elétrico provocar um incêndio elétrico.
A seção 690.11 do NEC exige que os sistemas fotovoltaicos operando a 80V CC ou mais entre quaisquer dois condutores sejam protegidos por um AFCI fotovoltaico listado ou componente de sistema equivalente. O sistema de proteção deve ser capaz de detectar falhas de arco resultantes de uma falha na continuidade pretendida de um condutor, módulo de conexão ou outro componente nos circuitos CC do sistema fotovoltaico.
Perigo 3. Arco elétrico que leva a explosões
Matrizes fotovoltaicas em grande escala com níveis médios e altos de tensão são suscetíveis a arco voltaico. Isso é especialmente verdadeiro quando um técnico está verificando se há falhas em caixas combinadoras energizadas, em que os circuitos de fonte fotovoltaica são combinados em paralelo para aumentar a corrente, e ao verificar painéis e transformadores de média a alta tensão. Um arco voltaico libera gases quentes e energia radiante concentrada até quatro vezes a temperatura da superfície do sol, tão alta quanto 19.500°C (35.000°F). Ocorre quando uma grande quantidade de energia está disponível para uma falha de arco, tanto nos condutores CC quanto CA.
O arco elétrico é um problema para sistemas acima de 400V, portanto, tanto os inversores residenciais que normalmente têm uma tensão de entrada máxima de 500V quanto os inversores de grande escala que têm um máximo de 1.500V estão em risco. Antes da popularização dos sistemas de energia solar em grande escala, o arco voltaico era considerado apenas um problema de CA, uma vez que a tensão CC era limitada a aplicações fora da rede, em que baterias de menos de 100V eram usadas. O padrão 70E da Associação nacional de proteção contra incêndios (NFPA) exige que uma análise de risco de arco elétrico seja conduzida e que o Equipamento de proteção pessoal (PPE) seja usado para sistemas CC acima de 100V.
Medidas de controle: atenuação do lado CA e CC
A mitigação do arco voltaico em sistemas fotovoltaicos é dividida por CC (antes do inversor) e CA (depois do inversor). A mitigação do lado CC para grandes painéis solares (100kW +) é especialmente importante na caixa combinadora, onde várias cadeias de painéis solares são combinadas em paralelo para aumentar a corrente. Para reduzir o potencial de arco voltaico, os sistemas de grande escala podem usar vários inversores de cadeia que podem conectar várias cadeias em paralelo, em vez de usar um ou dois grandes inversores centrais que requerem caixas combinadoras. A mitigação do lado CA inclui quadro de distribuição resistente a arco, que redireciona a energia do arco elétrico através da parte superior do gabinete, longe do pessoal e do equipamento.
Equipamento de proteção pessoal básico para eletricistas e técnicos de energia solar fotovoltaica, inclui o Multímetro industrial Fluke 87 V
Escolha o equipamento correto
Proteger seus funcionários e o sistema fotovoltaico de riscos elétricos exige o cumprimento de práticas seguras de trabalho e a garantia de que seu equipamento seja classificado para suportar esses potenciais riscos. Isso significa que multímetros, fios de teste e fusíveis devem ser classificados para a aplicação em que você está trabalhando. Aqui estão algumas diretrizes básicas:
- Equipamento CAT apropriado: escolha um medidor classificado para a categoria de medição apropriada (classificação CAT) ao nível de tensão de sua aplicação. Seu multímetro deve ser capaz de suportar níveis médios de tensão e picos e transientes de alta tensão que podem causar um choque ou produzir um arco voltaico. O alicate amperímetro Fluke 376 FC True-RMS é classificado como CAT IV 600 V e CAT III 1000 V, tornando-o adequado para sistemas fotovoltaicos de pequeno, médio e grande porte. Além disso, este medidor pode testar tensão e corrente CC e CA, o que é útil para aplicações fotovoltaicas. Ele também é equipado com recursos sem fio Fluke Connect™, para que você possa monitorar as medições de uma distância segura em seu smartphone.
- Considerações para alta altitude: equipamentos CAT III e IV devem ser usados para sistemas fotovoltaicos em grandes altitudes porque o ar se torna menos isolante e menos denso à medida que você sobe, o que diminui sua capacidade de resfriamento. Isso significa que a tensão de ruptura, a tensão mínima que faz com que um isolador se torne eletricamente condutor, diminui com a altitude. Por exemplo, para uma lacuna de 1 centímetro entre os condutores, a tensão de ruptura seria 30 kV ao nível do mar, 1,2 kV a 15,24 km e 300V a 45,72 km.
- Cabos de teste de alta qualidade: selecione os cabos de teste com classificação CAT para corresponder ou exceder a classificação CAT do multímetro digital.
- Substituições de fusíveis de alta energia: sempre substitua os fusíveis de alta energia por peças de mesma qualidade e classificação de corrente. Esses fusíveis são projetados para manter a energia gerada por um curto-circuito elétrico contido dentro do compartimento do fusível. Eles salvam vidas e nunca devem ser substituídos por fusíveis genéricos mais baratos.
- Sondas e acessórios: Use sondas retráteis, tampas da ponta da sonda ou sondas com pontas mais curtas para evitar tocar acidentalmente metal com metal e causar um curto-circuito
- Equipamento de proteção pessoal: Use o equipamento de proteção pessoal adequado, incluindo roupas com proteção contra arco, luvas, óculos de segurança, proteção auditiva e calçados de couro, conforme necessário para a tensão em que está trabalhando. A Tabela 130.7 (C) (15) (c) do Padrão NFPA 2018 NFPA 70E identifica uma lista completa de categorias de equipamentos de proteção pessoal e as roupas com classificação de arco apropriadas para cada classificação.
Esses são apenas os destaques de como trabalhar com mais segurança durante a manutenção de sistemas fotovoltaicos. Certifique-se de seguir todas as normas e regulamentos de segurança relevantes, as instruções dos fabricantes e os procedimentos de segurança da sua empresa ao testar ou fazer a manutenção de equipamentos elétricos.
Sobre o especialista
Michael Ginsberg é um especialista em energia solar, instrutor do Departamento de Estado dos EUA, autor e doutorando em Ciências da Engenharia na Universidade de Columbia. Ele também é CEO da Mastering Green, onde treinou quase mil técnicos no mundo todo em instalação, manutenção e operação de energia solar fotovoltaica.