Os relâmpagos são uma causa comum de falhas em sistemas fotovoltaicos (PV) e eólicos. Uma onda prejudicial pode ocorrer devido a um raio que atinge uma longa distância do sistema, ou mesmo entre nuvens. Mas a maior parte dos danos provocados por raios é evitável. Aqui estão algumas das técnicas mais econômicas geralmente aceitas pelos instaladores de sistemas de energia, com base em décadas de experiência. Siga este conselho e você terá uma boa chance de evitar danos causados por raios em seu sistema de energia renovável (ER).
Fique de castigo
O aterramento é a técnica mais fundamental para proteção contra danos causados por raios. Você não pode impedir uma descarga atmosférica, mas pode fornecer-lhe um caminho direto para o solo que contorne seu valioso equipamento e descarregue a descarga elétrica com segurança na terra. Um caminho elétrico para o solo descarregará constantemente a eletricidade estática que se acumula em uma estrutura acima do solo. Freqüentemente, isso evita a atração de raios em primeiro lugar.
Os pára-raios e protetores contra surtos são projetados para proteger equipamentos eletrônicos, absorvendo surtos elétricos. No entanto, estes dispositivos não substituem um bom aterramento. Eles funcionam apenas em conjunto com um aterramento eficaz. O sistema de aterramento é uma parte importante da sua infraestrutura de fiação. Instale-o antes ou enquanto a fiação de alimentação estiver instalada. Caso contrário, uma vez que o sistema esteja funcionando, este importante componente poderá nunca ser marcado na lista de “tarefas”.
O primeiro passo no aterramento é construir um caminho de descarga para o solo, ligando (interconectando) todos os componentes estruturais metálicos e invólucros elétricos, como estruturas de módulos fotovoltaicos, racks de montagem e torres de geradores eólicos. O Código Elétrico Nacional (NEC), Artigo 250 e Artigo 690.41 a 690.47 especificam tamanhos de fios, materiais e técnicas compatíveis com o código. Evite curvas acentuadas nos fios terra - picos de alta corrente não gostam de fazer curvas fechadas e podem facilmente saltar para a fiação próxima. Preste atenção especial às fixações de fio de cobre em elementos estruturais de alumínio (particularmente nas estruturas dos módulos fotovoltaicos). Use conectores rotulados como “AL/CU” e fixadores de aço inoxidável, que reduzem o potencial de corrosão. Os fios terra dos circuitos CC e CA também serão conectados a este sistema de aterramento. (Consulte os artigos do Code Corner sobre aterramento de painéis fotovoltaicos no HP102 e HP103 para obter mais conselhos.)
Hastes de aterramento
O aspecto mais fraco de muitas instalações é a própria ligação à terra. Afinal, você não pode simplesmente prender um fio no planeta! Em vez disso, você deve enterrar ou martelar uma haste de metal condutor e não corrosivo (geralmente cobre) no solo e certificar-se de que a maior parte de sua área de superfície entre em contato com solo condutor (ou seja, úmido). Dessa forma, quando a eletricidade estática ou um surto passa pela linha, os elétrons podem ser drenados para o solo com resistência mínima.
De maneira semelhante à forma como um campo de drenagem dissipa a água, o aterramento atua para dissipar elétrons. Se um cano de esgoto não descarregar adequadamente no solo, ocorrerão backups. Quando os elétrons voltam, eles saltam a lacuna (formando um arco elétrico) para a fiação de energia, através do equipamento e só então para o terra.
Para evitar isso, instale uma ou mais hastes de aterramento revestidas de cobre com 8 pés de comprimento (2,4 m) e 5/8 pol. (16 mm), de preferência em terra úmida. Uma única haste geralmente não é suficiente, especialmente em solo seco. Em áreas onde o solo fica extremamente seco, instale várias hastes, espaçando-as pelo menos 6 pés (3 m) entre si e conectando-as com fio de cobre desencapado, enterrado. Uma abordagem alternativa é enterrar fio de cobre nu nº 6 (13 mm2), duplo nº 8 (8 mm2) ou maior em uma vala de pelo menos 30 m (100 pés) de comprimento. (O fio terra de cobre nu também pode ser passado ao longo do fundo de uma vala que transporta canos de água ou esgoto, ou outros fios elétricos.) Ou corte o fio terra ao meio e espalhe-o em duas direções. Conecte uma extremidade de cada fio enterrado ao sistema de aterramento.
Tente encaminhar parte do sistema para áreas mais úmidas, como onde há drenagem de um telhado ou onde as plantas devem ser regadas. Se houver um revestimento de aço nas proximidades, você poderá usá-lo como uma haste de aterramento (faça uma conexão forte e aparafusada ao revestimento).
Em climas úmidos, os rodapés de concreto de um conjunto montado no solo ou em poste, ou uma torre de gerador eólico, ou hastes de aterramento envoltas em concreto não fornecerão o aterramento ideal. Nestes locais, o concreto normalmente será menos condutor do que o solo úmido ao redor das sapatas. Se for esse o caso, instale uma haste de aterramento na terra próxima ao concreto na base de uma matriz, ou na base da torre do gerador eólico e em cada âncora de cabo de sustentação e, em seguida, conecte-os todos com fio desencapado e enterrado.
Em climas secos ou áridos, o oposto é frequentemente verdadeiro – as sapatas de betão podem ter um teor de humidade mais elevado do que o solo circundante e oferecem uma oportunidade económica para o aterramento. Se um vergalhão de 20 pés de comprimento (ou mais) for embutido no concreto, o próprio vergalhão pode servir como uma haste de aterramento. (Observação: isso deve ser planejado antes do concreto ser derramado.) Este método de aterramento é comum em locais secos e é descrito no NEC, Artigo 250.52 (A3), “Eletrodo revestido de concreto”.
Se você não tiver certeza sobre o melhor método de aterramento para sua localização, converse com seu inspetor elétrico durante a fase de projeto do seu sistema. Você não pode ter muita base. Em um local seco, aproveite todas as oportunidades para instalar hastes de aterramento redundantes, fios enterrados, etc. Para evitar corrosão, use somente hardware aprovado para fazer conexões às hastes de aterramento. Use parafusos divididos de cobre para unir os fios terra de maneira confiável.
Circuitos de energia de aterramento
Para a fiação predial, o NEC exige que um lado do sistema de energia CC esteja conectado – ou “ligado” – ao aterramento. A parte CA de tal sistema também deve ser aterrada da maneira convencional de qualquer sistema conectado à rede. (Isso é verdade nos Estados Unidos. Em outros países, os circuitos de energia não aterrados são a norma.) O aterramento do sistema de energia é necessário para um sistema doméstico moderno nos Estados Unidos. É essencial que o negativo CC e o neutro CA estejam ligados ao terra em apenas um ponto em seus respectivos sistemas, e ambos no mesmo ponto no sistema de aterramento. Isso é feito no painel central de energia.
Os produtores de alguns sistemas independentes e de uso único (como bombas solares de água e repetidores de rádio) recomendam não aterrar o circuito de energia. Consulte as instruções do fabricante para recomendações específicas.
Fiação de matriz e técnica de “par trançado”
A fiação do conjunto deve usar comprimentos mínimos de fio, inseridos na estrutura metálica. Os fios positivo e negativo devem ter o mesmo comprimento e passar juntos sempre que possível. Isso minimizará a indução de tensão excessiva entre os condutores. O conduíte metálico (aterrado) também adiciona uma camada de proteção. Enterre longos fios externos em vez de passá-los acima da cabeça. Um fio de 30 m (100 pés) ou mais é como uma antena – ele receberá surtos até mesmo de relâmpagos nas nuvens. Picos semelhantes ainda podem ocorrer mesmo se os fios estiverem enterrados, mas a maioria dos instaladores concorda que a fiação de transmissão enterrada limita ainda mais a possibilidade de danos causados por raios.
Uma estratégia simples para reduzir a suscetibilidade a surtos é a técnica do “par trançado”, que ajuda a equalizar e cancelar quaisquer tensões induzidas entre os dois ou mais condutores. Pode ser difícil encontrar um cabo de alimentação adequado que já esteja torcido, então eis o que fazer: Disponha um par de fios de alimentação ao longo do solo. Insira um palito entre os fios e torça-os juntos. A cada 10 m (30 pés), alterne a direção. (Isso é muito mais fácil do que tentar torcer toda a distância em uma direção.) Às vezes, uma furadeira também pode ser usada para torcer a fiação, dependendo do tamanho do fio. Basta prender as pontas da fiação no mandril da furadeira e deixar a ação da furadeira torcer os cabos juntos. Certifique-se de operar a furadeira na velocidade mais baixa possível se tentar esta técnica.
O fio terra não precisa ser torcido com os fios de alimentação. Para funerais, use fio de cobre desencapado; se você usar um conduíte, passe o fio terra fora do conduíte. O contacto adicional com a terra melhorará o aterramento do sistema.
Use cabo de par trançado para quaisquer cabos de comunicação ou controle (por exemplo, um cabo de interruptor flutuante para desligamento completo do tanque de uma bomba solar de água). Este fio de bitola menor está prontamente disponível em cabos pré-torcidos, múltiplos ou de par único. Você também pode comprar um cabo de par trançado blindado, que possui uma folha metálica envolvendo os fios trançados e, normalmente, também um fio de “dreno” separado e desencapado. Aterre a blindagem do cabo e o fio dreno apenas em uma extremidade, para eliminar a possibilidade de criação de um circuito de aterramento (menos caminho direto para o aterramento) na fiação.
Proteção adicional contra raios
Além de extensas medidas de aterramento, dispositivos especializados de proteção contra surtos e (possivelmente) pára-raios são recomendados para locais com qualquer uma das seguintes condições:
• Local isolado em terreno elevado em uma área com fortes raios
• Solo seco, rochoso ou de outra forma pouco condutor
• O fio tem mais de 30 m (100 pés)
Pára-raios
Os pára-raios (sobretensões) são projetados para absorver picos de tensão causados por tempestades elétricas (ou energia da rede elétrica fora das especificações) e permitir efetivamente que o surto ignore a fiação de energia e seu equipamento. Os protetores contra surtos devem ser instalados em ambas as extremidades de qualquer fio longo conectado a qualquer parte do sistema, incluindo linhas CA de um inversor. Os supressores são feitos para várias tensões, tanto para CA quanto para CC. Certifique-se de usar os supressores apropriados para sua aplicação. Muitos instaladores de sistemas usam rotineiramente pára-raios Delta, que são baratos e oferecem alguma proteção onde a ameaça de raios é moderada, mas essas unidades não são mais listadas na UL.
Os pára-raios PolyPhaser e Transtector são produtos de alta qualidade para locais sujeitos a raios e instalações maiores. Essas unidades duráveis oferecem proteção robusta e compatibilidade com uma ampla variedade de tensões de sistema. Alguns dispositivos possuem indicadores para exibir modos de falha.
Pára-raios
“Para-raios” são dispositivos de descarga estática colocados acima de edifícios e painéis elétricos solares e conectados ao terra. Destinam-se a evitar o acúmulo de carga estática e eventual ionização da atmosfera circundante. Eles podem ajudar a prevenir um ataque e fornecer um caminho para correntes muito altas até o aterramento, caso ocorra um ataque. Os dispositivos modernos têm formato de ponta, geralmente com múltiplas pontas.
As hastes de iluminação normalmente são usadas apenas em locais que sofrem tempestades elétricas extremas. Se você acha que seu site se enquadra nessa categoria, contrate um empreiteiro com experiência em proteção contra raios. Se o instalador do seu sistema não for tão qualificado, considere consultar um especialista em proteção contra raios antes de instalar o sistema. Se possível, selecione um instalador fotovoltaico certificado pelo North American Board of Certified Energy Practitioners (NABCEP) (consulte Acesso). Embora esta certificação não seja específica para proteção contra raios, pode ser uma indicação do nível de competência geral de um instalador.
Longe da vista, não da mente
Muitos trabalhos de proteção contra raios estão enterrados e fora de vista. Para ajudar a garantir que isso seja feito corretamente, escreva-o em seu(s) contrato(s) com o instalador do sistema, eletricista, escavador, encanador, perfurador de poço ou qualquer pessoa que esteja fazendo terraplenagem que conterá seu sistema de aterramento.
Horário da postagem: 10 de agosto de 2020