Raios são uma causa comum de falhas em sistemas fotovoltaicos (FV) e eólicos. Uma sobretensão prejudicial pode ocorrer devido a raios que atingem a uma grande distância do sistema, ou mesmo entre nuvens. Mas a maioria dos danos causados por raios é evitável. Aqui estão algumas das técnicas mais econômicas, geralmente aceitas por instaladores de sistemas de energia, com base em décadas de experiência. Siga estas dicas e você terá uma grande chance de evitar danos causados por raios ao seu sistema de energia renovável (ER).
Fique aterrado
O aterramento é a técnica mais fundamental para proteção contra danos causados por raios. Não é possível interromper uma descarga atmosférica, mas é possível fornecer um caminho direto para o solo, ignorando seus equipamentos valiosos e descarregando a descarga com segurança na terra. Um caminho elétrico para o solo descarrega constantemente a eletricidade estática que se acumula em uma estrutura acima do solo. Muitas vezes, isso impede a atração de raios.
Para-raios e protetores contra surtos de tensão são projetados para proteger equipamentos eletrônicos, absorvendo surtos elétricos. No entanto, esses 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 durante a instalação da fiação elétrica. Caso contrário, uma vez que o sistema esteja funcionando, esse componente importante pode nunca ser riscado da lista de tarefas.
A primeira etapa do aterramento é construir um caminho de descarga para o solo, unindo (interconectando) todos os componentes estruturais metálicos e gabinetes 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, materiais e técnicas de fios em conformidade com o código. Evite curvas acentuadas nos fios terra — picos de alta corrente não gostam de fazer curvas fechadas e podem facilmente atingir a fiação próxima. Preste atenção especial às conexões de fios de cobre a elementos estruturais de alumínio (particularmente as estruturas dos módulos fotovoltaicos). Use conectores identificados 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 em HP102 e HP103 para obter mais informações.)
Hastes de aterramento
O ponto mais fraco de muitas instalações é a conexão com a própria terra. Afinal, não se pode simplesmente parafusar um fio no planeta! Em vez disso, é preciso enterrar ou martelar uma haste de metal condutor e não corrosivo (geralmente cobre) no solo e garantir que a maior parte da superfície entre em contato com solo condutor (ou seja, úmido). Dessa forma, quando a eletricidade estática ou um surto de tensão passar pela linha, os elétrons poderão drenar para o solo com resistência mínima.
De forma semelhante à forma como um campo de drenagem dissipa água, o aterramento atua dissipando elétrons. Se um cano de drenagem não descarrega adequadamente no solo, ocorrem refluxos. Quando os elétrons retornam, eles saltam a lacuna (formando um arco elétrico) para a fiação elétrica, através do equipamento e, somente então, para o aterramento.
Para evitar isso, instale uma ou mais hastes de aterramento revestidas de cobre de 2,4 m (8 pés) de comprimento e 16 mm (5/8 pol.), de preferência em solo úmido. Uma única haste geralmente não é suficiente, especialmente em solo seco. Em áreas onde o solo fica extremamente seco, instale várias hastes, espaçando-as a pelo menos 3 m (6 pés) de distância e conectando-as com fio de cobre desencapado, enterrado. Uma abordagem alternativa é enterrar fio de cobre desencapado 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 desencapado também pode ser instalado ao longo do fundo de uma vala que conduz canos de água ou esgoto, ou outros fios elétricos.) Ou corte o fio terra ao meio e estenda-o em duas direções. Conecte uma extremidade de cada fio enterrado ao sistema de aterramento.
Tente direcionar parte do sistema para áreas mais úmidas, como onde há drenagem no telhado ou onde as plantas serão regadas. Se houver uma caixa de aço por perto, você pode usá-la como uma haste de aterramento (faça uma conexão forte e parafusada à caixa).
Em climas úmidos, as bases de concreto de um conjunto montado no solo ou em postes, ou de uma torre de gerador eólico, ou hastes de aterramento revestidas de concreto não proporcionarão aterramento ideal. Nesses locais, o concreto normalmente será menos condutivo do que o solo úmido ao redor das bases. Nesse caso, instale uma haste de aterramento no solo, próxima ao concreto, na base do conjunto, ou na base da torre do gerador eólico e em cada ancoragem do cabo de sustentação, e conecte-os todos com fio desencapado e enterrado.
Em climas secos ou áridos, o oposto costuma ser verdadeiro — fundações de concreto podem ter um teor de umidade maior do que o solo ao redor e oferecem uma oportunidade econômica para aterramento. Se uma barra de concreto de 6 metros de comprimento (ou mais) for embutida no concreto, a própria barra pode servir como uma haste de aterramento. (Observação: isso deve ser planejado antes da concretagem.) Esse método de aterramento é comum em locais secos e é descrito no NEC, Artigo 250.52 (A3), “Eletrodo Encapsulado em Concreto”.
Se 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. Aterramento nunca é demais. Em um local seco, aproveite todas as oportunidades para instalar hastes de aterramento redundantes, fios enterrados, etc. Para evitar corrosão, use apenas ferragens aprovadas para fazer as conexões às hastes de aterramento. Use parafusos de cobre bipartidos para emendar os fios de aterramento de forma confiável.
Aterramento de circuitos de energia
Para a fiação predial, o NEC exige que um lado do sistema de energia CC seja conectado — ou "ligado" — ao aterramento. A parte CA desse sistema também deve ser aterrada da maneira convencional de qualquer sistema conectado à rede. (Isso é válido nos Estados Unidos. Em outros países, circuitos elétricos sem aterramento são a norma.) O aterramento do sistema de energia é obrigatório para um sistema residencial moderno nos Estados Unidos. É essencial que o negativo CC e o neutro CA sejam ligados ao aterramento em apenas um ponto em seus respectivos sistemas, e ambos ao mesmo ponto no sistema de aterramento. Isso é feito no painel central de energia.
Os fabricantes de alguns sistemas autônomos de uso único (como bombas de água solares e repetidores de rádio) recomendam não aterrar o circuito elétrico. Consulte as instruções do fabricante para obter recomendações específicas.
Fiação de matriz e técnica de “par trançado”
A fiação do conjunto deve utilizar comprimentos mínimos de fio, embutidos na estrutura metálica. Os fios positivos e negativos devem ter o mesmo comprimento e ser passados juntos sempre que possível. Isso minimizará a indução de tensão excessiva entre os condutores. Conduítes metálicos (aterrados) também adicionam uma camada de proteção. Enterre os fios longos ao ar livre em vez de colocá-los no alto. Um fio com 30 metros ou mais é como uma antena — ela receberá surtos até mesmo de raios nas nuvens. Surtos semelhantes ainda podem ocorrer mesmo se os fios estiverem enterrados, mas a maioria dos instaladores concorda que a fiação de transmissão enterrada reduz ainda mais a possibilidade de danos causados por raios.
Uma estratégia simples para reduzir a suscetibilidade a surtos é a técnica de "par trançado", que ajuda a equalizar e cancelar quaisquer tensões induzidas entre dois ou mais condutores. Pode ser difícil encontrar um cabo de alimentação adequado que já esteja trançado, então aqui está o que fazer: Estenda um par de fios de alimentação ao longo do solo. Insira um pedaço de madeira entre os fios e torça-os juntos. A cada 30 pés (10 m), alterne a direção. (Isso é muito mais fácil do que tentar torcer toda a distância em uma direção.) Uma furadeira elétrica às vezes 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 menor velocidade possível se você tentar esta técnica.
O fio terra não precisa ser trançado junto com os fios de energia. Para tubulações enterradas, use fio de cobre desencapado; se usar conduíte, passe o fio terra por fora do conduíte. O contato adicional com o terra melhorará o aterramento do sistema.
Utilize um cabo de par trançado para quaisquer cabos de comunicação ou controle (por exemplo, um cabo de chave de boia para o desligamento completo de uma bomba d'água solar). Este fio de bitola menor está prontamente disponível em cabos pré-trançados, múltiplos ou de par único. Você também pode adquirir um cabo de par trançado blindado, que possui uma película metálica envolvendo os fios trançados e, normalmente, um fio de "dreno" desencapado separado. Aterre a blindagem do cabo e o fio de dreno em apenas uma extremidade, para eliminar a possibilidade de criar um loop de aterramento (caminho menos direto para o terra) na fiação.
Proteção adicional contra raios
Além de medidas de aterramento abrangentes, dispositivos especializados de proteção contra surtos e (possivelmente) pára-raios são recomendados para locais com qualquer uma das seguintes condições:
• Localização isolada em terreno elevado em área com forte incidência de raios
• Solo seco, rochoso ou de outra forma mal condutor
• Fios com extensão superior a 30 m (100 pés)
Pára-raios
Os para-raios (surtos) são projetados para absorver picos de tensão causados por tempestades elétricas (ou energia elétrica fora das especificações) e permitir que o surto passe desviando efetivamente da fiação elétrica e do seu equipamento. Protetores contra surtos devem ser instalados em ambas as extremidades de qualquer fio longo conectado a qualquer parte do seu sistema, incluindo linhas CA de um inversor. Os para-raios são fabricados para diversas tensões, tanto CA quanto CC. Certifique-se de usar os para-raios apropriados para a sua aplicação. Muitos instaladores de sistemas usam rotineiramente os para-raios Delta, que são baratos e oferecem alguma proteção onde o risco de raios é moderado, mas essas unidades não são mais certificadas pela UL.
Os supressores 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 os modos de falha.
Pára-raios
“Para-raios” são dispositivos de descarga estática instalados acima de edifícios e painéis solares, conectados ao solo. Sua função é evitar o acúmulo de carga estática e a eventual ionização da atmosfera circundante. Eles podem ajudar a prevenir um impacto e fornecer um caminho para correntes muito altas até o solo, caso ocorra um impacto. Os dispositivos modernos têm formato de espigão, geralmente com múltiplas pontas.
Pára-raios são normalmente usados apenas em locais sujeitos a tempestades elétricas extremas. Se você acha que seu local se enquadra nessa categoria, contrate um profissional 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 da instalação. Se possível, selecione um instalador fotovoltaico certificado pelo Conselho Norte-Americano de Profissionais Certificados de Energia (NABCEP) (consulte Acesso). Embora essa certificação não seja específica para proteção contra raios, ela pode ser uma indicação do nível de competência geral do instalador.
Longe da vista, não longe do coração
Grande parte do trabalho de proteção contra raios é enterrado e fora de vista. Para garantir que seja feito corretamente, inclua isso no(s) seu(s) contrato(s) com o instalador do sistema, eletricista, escavador, encanador, perfurador de poços ou qualquer pessoa que esteja realizando trabalhos de terraplenagem que conterão seu sistema de aterramento.
Data de publicação: 10 de agosto de 2020