Protecção contra sobretensões

Informação técnica
Protecção contra sobretensões
Protecção contra descargas atmosféricas e contra sobretensões para Sunny Boy e
Sunny Tripower
Conteúdo
Em sistemas fotovoltaicos, o gerador fotovoltaico encontra-se ao ar livre, frequentemente sobre edifícios.
Dependendo da situação, os inversores também são instalados ao ar livre. Por este motivo, já no planeamento
do sistema fotovoltaico deve ser verificado se será necessário adoptar medidas contra descargas atmosféricas
e sobretensões. Estas medidas podem ser necessárias por diferentes motivos. Para além das normas técnicas
nacionais e das normas legais de construção, é possível que também a seguradora do sistema exija a
existência de uma protecção contra sobretensões. As medidas necessárias no respectivo sistema fotovoltaico
devem ser determinadas por um técnico especializado na protecção contra descargas atmosféricas.
Neste documento é explicada a protecção geral contra sobretensões e em conjugação com inversores. Além
disso, são descritas as particularidades da combinação de dispositivos de protecção contra sobretensões com
inversores da SMA. A protecção contra descargas atmosféricas só é abordada neste documento quando for
relevante para o tema da protecção contra sobretensões.
U_Schutz-TI-pt-13
Versão 1.3
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Protecção contra descargas atmosféricas / sobretensões
1 Protecção contra descargas atmosféricas /
sobretensões
Os sistemas pára-raios devem prevenir danos provocados pela queda de raios em edifícios. Aqui estabelecese a distinção entre protecção externa e interna contra descargas atmosféricas.
A protecção externa contra descargas atmosféricas destina-se a interceptar e desviar os raios para o solo.
Os edifícios e os sistemas a proteger são, deste modo, protegidos contra as consequências de uma descarga
atmosférica directa. A protecção externa contra descargas atmosféricas é composta por dispositivos de
intercepção, descarregadores e o respectivo sistema de ligação à terra.
Fig. 1: protecção externa contra descargas atmosféricas (à esquerda) e protecção interna contra descargas atmosféricas (à direita).
Legenda: A: protecção externa contra descargas atmosféricas (com ligação ao eléctrodo de terra da fundação), B: eléctrodo de terra
da fundação, C: barra de ligação equipotencial, D: ligação à rede, E: ligação telefónica, F: conduta de água
A protecção interna contra descargas atmosféricas cria uma ligação equipotencial entre instalações metálicas
e cabos dentro do sistema. Para isso, as peças metálicas e condutoras do sistema, por exemplo, condutas de
água, são ligadas directamente entre si. Os cabos condutores de tensão, como os de ligação à rede ou do
telefone, são ligados indirectamente através de um dispositivo de protecção contra sobretensões ao sistema
de ligação à terra.
A protecção contra sobretensões destina-se a evitar danos em aparelhos eléctricos e electrónicos devido a
tensões demasiado elevadas. Os dispositivos de protecção contra sobretensões (ingl. "Surge Protection
Device", abreviado: SPD) criam, em caso de sobrecarga, uma ligação equipotencial entre os condutores
ligados. Deste modo, evita-se que picos de tensão destruam aparelhos ligados.
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Motivos para a protecção contra descargas atmosféricas e contra sobretensões
2 Motivos para a protecção contra descargas
atmosféricas e contra sobretensões
A protecção contra descargas atmosféricas e contra sobretensões pode ser necessária por diferentes motivos.
Para determinados tipos de edifícios ou instalações, por exemplo, hospitais, estes sistemas são obrigatórios.
Muitas vezes os proprietários de edifícios requerem a instalação de sistemas pára-raios para obterem
condições de seguro mais favoráveis ou até para poderem adquirir um seguro para os objectos a proteger.
Nesse caso, o sistema de protecção utilizado segue as especificações da respectiva seguradora.
Independentemente disso, recomenda-se a realização de uma análise dos riscos. Dependendo da
probabilidade de o sistema ser atingido dentro do seu período operacional e dos danos daí resultantes,
os custos das medidas de protecção contra descargas atmosféricas e protecção contra sobretensões poderão
ser inferiores aos potenciais danos.
Em sistemas fotovoltaicos instalados sobre edifícios já existentes, devem ser consideradas as especificações
para esse edifício. Caso já exista um sistema pára-raios, devem ser tomadas medidas correspondentes
também para o sistema fotovoltaico.
3 Classes de tipos de SPD1
Os dispositivos de protecção contra sobretensões (SPD) são divididos em 3 classes.
• Protecção geral (SPD de tipo I): os SPD de tipo I possuem a maior capacidade de resistência a
sobretensões transitórias, pois foram concebidos para resistir à descarga atmosférica directa. Eles são
utilizados em locais onde correntes ou correntes parciais de raios não só podem escoar pelo sistema páraraios externo, como também através de cabos eléctricos. É necessário contar com isso caso o sistema a
proteger esteja directamente ligado ao sistema pára-raios externo ou, por exemplo, se a distância de
separação dos cabos CC em relação à protecção externa contra descargas atmosféricas for demasiado
reduzida. O nível das correntes parciais de raios resulta da divisão da corrente pelo número de
descarregadores do sistema pára-raios e o número de cabos. O dispositivo de protecção contra
sobretensões pode ser seleccionado em função deste valor de corrente e da classe de protecção contra
descargas atmosféricas. Enquanto os custos de SPD do tipo I para corrente alternada são relativamente
baixos, os custos de dispositivos de protecção contra sobretensões CC resistentes a descargas
atmosféricas podem rapidamente atingir valores muito elevados, tornando um sistema fotovoltaico pouco
rentável. Muitas vezes, a solução mais rentável é adaptar o sistema pára-raios para aumentar a distância
de separação.
1. em conformidade com a EN 61643-11 / IEC 61643-1
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Classes de tipos de SPD
• Protecção média (SPD de tipo II): estes dispositivos de protecção contra sobretensões possuem uma
menor resistência a sobretensões transitórias e protegem contra efeitos indirectos de descargas
atmosféricas. Em caso de descargas atmosféricas nas proximidades, por exemplo, no sistema pára-raios
externo, surgem campos electromagnéticos que podem acoplar tensões elevadas perigosas em circuitos
eléctricos. As amplitudes das correntes resultantes da sobretensão são, no entanto, bastante mais baixas
do que a respectiva corrente da descarga atmosférica. Também a duração do impulso e, por conseguinte,
a energia acoplada são mais reduzidas. Para a protecção contra este tipo de sobretensão são utilizados
SPD do tipo II.
• Protecção elevada (SPD de tipo III): os SPD de tipo III possuem a menor resistência a sobretensões
transitórias. Estes protegem terminais electrónicos frágeis contra acoplamentos decorrentes de descargas
atmosféricas distantes. Os inversores SMA foram concebidos de modo que não seja necessário um SPD
de tipo III.
Geralmente, ao utilizar um SPD, quanto maior for a capacidade de resistência às sobretensões transitórias do
SPD, maior é a tensão residual restante, o chamado nível de protecção, do aparelho a proteger. Deste modo,
por exemplo, com um SPD de tipo I, o nível de protecção é normalmente mais elevado do que a resistência
à tensão do aparelho a proteger. Neste caso, deve ser ligado a jusante um SPD do tipo II e, se necessário,
um SPD do tipo III para reduzir o nível de protecção para um valor adequado ao aparelho a proteger.
Fig. 2: nível de protecção de SPD com diferentes capacidades de resistência a sobretensões transitórias
Caso pretenda proteger um inversor SMA contra sobretensões acopladas, será suficiente um SPD de tipo II.
Caso se esperem correntes parciais de raios, deve utilizar-se um SPD do tipo I com um SPD de tipo II ligado
a jusante.
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Combinação de SPD com inversores
4 Combinação de SPD com inversores
Em caso de inversores com um rastreador MPP, as strings fotovoltaicas são unidas antes do inversor e o(s)
SPD são ligados ao ponto de ligação.
Em caso de inversores com vários rastreadores MPP, cada entrada deve ser equipada com SPD ou uma
combinação de SPD. Isto aplica-se por exemplo, a todos os Sunny Boy e Sunny Tripower com entrada
multistring. O mesmo se aplica a inversores com apenas um rastreador MPP, mas com várias entradas, cada
uma com um díodo de string próprio ou um fusível como, por exemplo, os inversores da série STP XX000TLEE.
Neste caso, é necessário utilizar um SPD por cada entrada protegida por um díodo de string.
Fig. 3: uma string fotovoltaica num inversor com um rastreador MPP (A), várias strings fotovoltaicas num inversor com um rastreador
MPP (B), várias strings fotovoltaicas num inversor multistring com vários rastreadores MPP (C)
Caso sejam utilizados SPD no lado CC, então também são necessários SPD no lado CA devido a diferenças
de potencial. No entanto, contrariamente ao lado CC, é possível proteger no lado CA vários inversores com
um SPD, uma vez que eles estão ligados à mesma tensão (de rede). A integração de SPD no lado CA não
está prevista nos inversores SMA, dado que frequentemente são montados vários inversores sequencialmente.
A instalação separada de um único dispositivo de protecção contra sobretensões para todos os inversores é
então claramente mais eficaz em termos de custos.
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Combinação de SPD com inversores
Caso esteja estabelecida uma comunicação por cabo (p. ex., RS485, Ethernet), estas ligações também têm
de ser protegidas com dispositivos de protecção contra sobretensões, pois, caso contrário, é possível que
ocorram danos em interfaces do inversor, no próprio inversor e no respectivo aparelho de comunicação
devido a diferenças de potencial.
Fig. 4: ligação no lado CA de vários inversores a um dispositivo de protecção contra sobretensões trifásico
Em caso de utilização de fusíveis de string e SPD, o SPD tem de ser instalado no ponto de ligação das strings
fotovoltaicos agrupados após os fusíveis (cf. fig. 5 A). Se o SPD fosse ligado apenas a uma string fotovoltaica
entre a entrada da string e o fusível da string, as restantes strings fotovoltaicas permaneceriam desprotegidas
após o disparo do fusível (cf. fig. 5 B).
Fig. 5: várias strings fotovoltaicas com fusíveis de string e SPD comum no ponto de ligação (A), várias strings fotovoltaicas com fusíveis
de string e SPD numa string fotovoltaica com fusível do string disparado (B)
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Combinação de SPD com inversores
Além disso, o nível de protecção no inversor seria aumentado, caso a sobretensão ocorresse numa das outras
strings fotovoltaicas. Através das indutâncias dos cabos, ocorreriam tensões adicionais em caso de
sobrecarga. Em caso de disposição desfavorável, o nível de protecção no inversor aumenta (cf. fig. 6).
Fig. 6: SPD ligado a jusante dos fusíveis de string (A) e SPD numa entrada de string cujo fusível foi substituído por um perno de cobre (B)
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Sunny Tripower com SPD integrado
5 Sunny Tripower com SPD integrado
Em alguns inversores SMA1 da família de produtos Sunny Tripower, o problema anteriormente mencionado
foi solucionado através da protecção integrada contra sobretensões. No entanto, os SPD no interior dos
inversores podem causar problemas. Por um lado, podem ocorrer danos decorrentes da interacção com o
filtro CEM, por outro lado, podem ser ainda acopladas tensões em circuitos no interior do inversor, em caso
de sobrecarga, devido à corrente elevada dentro do dispositivo de protecção contra sobretensões.
No desenvolvimento dos Sunny Tripower, estes problemas foram considerados desde o início, tendo sido
tomadas medidas correspondentes. Por um lado, procedeu-se a um ajuste entre os filtros CEM e os SPD, por
outro, os dispositivos de protecção contra sobretensões encontram-se numa área separada e blindada, de
modo a não serem acopladas quaisquer tensões nos circuitos eléctricos do inversor.
Os dispositivos de protecção contra sobretensões podem ser posteriormente montados no encaixe incluído
de série. No Sunny Tripower a protecção média pode ser posteriormente adicionada, de modo rápido e
acessível, graças aos SPD de tipo II integráveis. Por motivos de espaço, não é possível montar um SPD de tipo
I. Além disso, recomenda-se, por motivos de custos, que os sistemas fotovoltaicos sejam planeados de modo
a não ser necessário qualquer SPD de tipo I.
Fig. 7: local de instalação do SPD no exemplo da família de aparelhos STP XX000TL-10
Em função da situação no local, poderá ser vantajoso instalar os SPD noutro local (p. ex., na entrada do
edifício, caso deva ser implementado um plano de zonas de protecção contra descargas atmosféricas).
A solução integrável substitui uma instalação dos SPD numa caixa separada nas proximidades imediatas do
inversor. Um técnico especializado na protecção contra descargas atmosféricas deverá decidir se esta
posição é a ideal em termos de protecção do sistema fotovoltaico, com base nas condições existentes no
local.
1. STP 8000TL-10, STP 10000TL-10, STP 12000TL-10, STP 15000TL-10, STP 17000TL-10,
STP 20000TL-30, STP 25000TL-30
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Informações adicionais
6 Informações adicionais
Poderá encontrar mais informações acerca da protecção contra descargas atmosféricas e contra
sobretensões nos seguintes documentos:
• DIN EN 62305-3 / VDE 0185-305-3 Protecção contra descargas atmosféricas Parte 3: Protecção de
instalações e pessoas (2006)
• DIN EN 62305-3 / VDE 0185-305-3 Protecção contra descargas atmosféricas Parte 3: Protecção de
instalações e pessoas – Suplemento 5: Protecção contra descargas atmosféricas e contra sobretensões
para sistemas fotovoltaicos de alimentação eléctrica (2009)
• Bundesverband Solarwirtschaft, Zentralverband der Deutschen Elektro- und Informationstechnischen
Handwerke (2008): Manual para técnicos de instalação de sistemas fotovoltaicos - Protecção contra
descargas atmosféricas e contra sobretensões para sistemas fotovoltaicos sobre edifícios. (disponível para
download na área de informações em www.zveh.de)
• Beer, Michael (2009): Blitzschutzfibel für Solaranlagen - Ratgeber für Solarinstallateure und Blitzschützer,
4.ª edição totalmente revista e aumentada, Wagner & Co Cölbe/Marburg. (www.wagner-solar.com)
• Dehn + Söhne (2007): Blitzplaner, 2.ª edição actualizada, Dehn + Söhne GmbH + Co. KG. Neumarkt
i.d.OPf. (disponível para download em www.dehn.de)
• VdS 2010 - Protecção contra descargas atmosféricas e contra sobretensões orientada para os riscos,
Directriz da Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e.V. (disponível para download em
http://www.vds.de/verlag/files/vds_2010_web.pdf)
• Informações técnicas dos fabricantes de dispositivos de protecção contra sobretensões
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