Revista Geracao Centralizada Ed 01

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ARTIGOComo e porqueprotegeras usinasfotovoltaicascontra asdescargasatmosféricasPor: Sergio Roberto Santos. Engenheiro eletricista formado pela UFRJ, com MBA pela UFSCAR eatualmente mestrando no IEE USP. Atualmente trabalha na engenharia de aplicações da Embrastec"Mais do que um captorno telhado de umprédio, a Proteçãocontra DescargasAtmosféricas (PDA) écomposta do Sistemade Proteção contraDescargas Atmosféricas(SPDA) e das Medidas deProteção contra Surtos(MPS)."As Usinas Fotovoltaicas (UFV)são vulneráveis às descargasatmosféricas, diretas ouindiretas, mas com característicasde natureza diferente daque ocorre em outros tipos de instalações,como as existentes em fábricaspor exemplo. Ao contrário dorisco de perda de vida humana (R1),em UFV os dois maiores riscos sãoos de perda de serviços ao público(R2) e de perda de valor econômico(R4) [1]. Sem que estes riscos sejamreduzidos a valores toleráveis,o retorno do investimento na construçãode uma UFV poderá ser negativo.Proteção contra descargas atmosféricasem Usinas Fotovoltaicas.Mais do que um captor no telhadode um prédio, a Proteção contraDescargas Atmosféricas (PDA)é composta do Sistema de Proteçãocontra Descargas Atmosféricas(SPDA) e das Medidas de Proteçãocontra Surtos (MPS). Enquanto oSPDA protege as estruturas da usi-Imagem 1. Usina Fotovoltaica.26REVISTA GERAÇÃO CENTRALIZADA
na contra o impacto direto das descargasatmosféricas, as MPS evitamque descargas diretas ou indiretasdanifi quem as suas instalações elétricas[2].Como a PDA não está diretamenterelacionada à geração deenergia, uma UFV pode entrar emoperação sem que esteja devidamenteprotegida. Mas caso istoaconteça e ela se localize em umaárea de médio ou alto Ng ¹, sua operaçãoserá comprometida, com altoscustos de manutenção, o que écomprovado por estatísticas estrangeirasque indicam que até 26% detodas as falhas em Sistemas Fotovoltaicos(SFV) são devidas às descargasatmosféricas [3]. Por estemotivo, desvalorizar a importânciada PDA de uma UFV pode representarum mau investimento, não significando economia, mas transferênciade custo de capital (Capex) paracusto operacional (Opex).1-Ng: Densidade de descargasatmosféricas para o solo em 1/(Km².Ano)Para que os danos causados pelasdescargas atmosféricas nas UFVsejam minimizados é fundamentalque a PDA seja desenvolvida nosestágios iniciais do planejamentoda usina. Seguindo esta recomendação,aspectos construtivos comoo desenho do cabeamento e o posicionamentodos inversores, porexemplo, poderão ser aproveitados,reduzindo os custos da PDA semcomprometimento da sua efi ciência.Em relação ao SPDA para umaUFV, dois aspectos relevantes são oposicionamento dos captores paraa proteção dos painéis fotovoltaicose o desenho do eletrodo de aterramentopara dissipação da correnteda descarga atmosférica no solosem causar tensões de passo e toqueelevadas, que no caso de umaUFV pode provocar centelhamentosperigosos.Muitos projetistas defendem anão utilização de captores para proteçãodos painéis fotovoltaicos, tantopara evitar o sombreamento dosmódulos, quanto pelo sentimentode que a relação entre os danoscausados pelas descargas e o custopara evitá-los favorece essa decisão.Mas em uma UFV com áreade painéis de 1Km² em uma regiãode Ng = 10/(km².Ano) teríamos 10painéis atingidos anualmente, comtodas as suas consequências.Em relação ao aterramento dausina, o projeto do eletrodo de aterramentodeverá ser feito atendendoaos critérios de segurança, tantoem relação às correntes de curto--circuito, quanto às correntes dasdescargas atmosféricas. Levandoem consideração que as correntesdas descargas atmosféricas sãocorrentes impulsivas, não deve seravaliado apenas o valor da resistênciade aterramento, mas sim o dasua impedância, que é infl uenciadapelo desenho do eletrodo.As Medidas de Proteção contraSurtos para Usinas Fotovoltaicas.Um aspecto fundamental paraevitar falhas em UFV provocadaspor descargas atmosféricas, ou operaçõesde chaveamento, é o projetodas suas MPS, que são constituídasdos seguintes itens:1) Aterramento e equipotencialização;2) Roteamento e blindagem decabos;3) Dispositivos de Proteção contraSurtos (DPS);4) Interfaces isolantes.Com o aprendizado adquiridocom a evolução da geração solarfotovoltaica foram desenvolvidasnormas específi cas para a sua PDA,com orientações tanto para a proteçãoda infraestrutura, quanto dassuas instalações eletroeletrônicas[4] [5].Por ser praticamente uma instalaçãoelétrica a céu aberto, expostaàs correntes parciais daprópria descarga atmosférica e àscorrentes induzidas por elas, todasas MPS podem e devem serutilizadas, sendo que algumasdelas não signifi carão custos adicionais,apenas uma revisão deconceitos dos projetos elétricostradicionais.Os Dispositivos de Proteçãocontra Surtos.Fundamental para a proteçãocontra as sobretensões transitóriase as correntes de surto provocadaspor descargas atmosféricas ou operaçõesde chaveamento na usina,principalmente na média e alta tensão,é a instalação dos DPS. Devemser protegidas as linhas metálicasde energia e sinal, para desviar ascorrentes de surto e limitar o valordas sobretensões transitórias a valoressuportados pelos componentesdas instalações elétricas da usina.Entre os equipamentos que devemser protegidos estão os inversoressolares. Enquanto em termosde fl uxo de energia estes equipamentostêm uma entrada e umasaída, em relação à proteção contrasurtos ele possui duas entradas, jáque as correntes de surto podem sepropagar tanto pelas linhas de correntecontínua, quanto as de correntealternada.Sendo os DPS para o lado deCorrente Alternada (CA) conhecidospelos projetistas, atenção especialdeve ser dada aos DPS para o ladode Corrente Contínua (CC) (imagem2) já que alguns detalhes técnicosneste caso são muito importantes.Imagem 2. DPS CC Embrastec.ARTIGOInterromper a corrente contínuaem regime permanente quepode passar pelo DPS ao fi nal dasua vida útil é um aspecto muito importantepara a segurança de umainstalação solar fotovoltaica, e porREVISTA GERAÇÃO CENTRALIZADA 27
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