O raio é uma causa comum de falhas em sistemas fotovoltaicos (PV) e eólicos.Uma onda prejudicial pode ocorrer a partir de um raio que atinja uma longa distância do sistema ou mesmo entre as nuvens.Mas a maioria dos danos causados por raios é evitável.Aqui estão algumas das técnicas mais econômicas que são 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 parar um surto de raios, mas pode fornecer um caminho direto para o solo que contorna seu valioso equipamento e descarrega com segurança o surto 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, esses dispositivos não substituem um bom aterramento.Eles funcionam apenas em conjunto com um aterramento eficaz.O sistema de aterramento é uma parte importante de sua infraestrutura de fiação.Instale-o antes ou durante a instalação da fiação elétrica.Caso contrário, quando o sistema estiver funcionando, esse importante componente pode nunca ser verificado na lista de “coisas a fazer”.
A primeira etapa do aterramento é construir um caminho de descarga para o solo ligando (interconectando) todos os componentes estruturais de metal 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 de fios, materiais e técnicas compatíveis com o código.Evite curvas acentuadas nos fios de aterramento - surtos de alta corrente não gostam de fazer curvas fechadas e podem saltar facilmente para a fiação próxima.Preste atenção especial às ligações de fios de cobre a elementos estruturais de alumínio (principalmente as 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 em HP102 e HP103 para obter mais informações.)
hastes de aterramento
O aspecto mais fraco de muitas instalações é a própria ligação à terra.Afinal, você não pode simplesmente prender um fio ao 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 o solo condutor (ou seja, úmido).Dessa forma, quando a eletricidade estática ou um surto desce na linha, os elétrons podem drenar para o solo com resistência mínima.
De maneira semelhante a como um campo de drenagem dissipa a água, o aterramento atua para dissipar os elétrons.Se um tubo de drenagem não descarregar adequadamente no solo, ocorrem backups.Quando os elétrons voltam, eles saltam a lacuna (formando um arco elétrico) para sua fiação de energia, através de seu equipamento e só então para o terra.
Para evitar isso, instale uma ou mais hastes de aterramento revestidas com cobre de 2,4 m (8 pés) de comprimento e 16 mm (5/8 pol.), 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) uma da outra e conectando-as entre si com fio de cobre nu, enterrado.Uma abordagem alternativa é enterrar o fio de cobre nu nº 6 (13 mm2), duplo nº 8 (8 mm2) ou maior em uma trincheira de pelo menos 100 pés (30 m) de comprimento.(O fio terra de cobre nu também pode ser executado 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 direcionar parte do sistema para áreas mais úmidas, como onde um telhado drena ou onde as plantas devem ser regadas.Se houver uma caixa de aço por perto, você pode usá-la como uma haste de aterramento (faça uma conexão forte e aparafusada à caixa).
Em climas úmidos, os rodapés de concreto de uma matriz montada no solo ou em um poste, ou uma torre de gerador eólico, ou hastes de aterramento envoltas em concreto não fornecerão o aterramento ideal.Nesses locais, o concreto normalmente será menos condutivo do que o solo úmido ao redor das sapatas.Se for esse o caso, instale uma haste de aterramento na terra próximo ao concreto na base de uma matriz ou na base da torre do seu gerador eólico e em cada ancoragem do fio de sustentação e conecte-os todos juntos com fio desencapado e enterrado.
Em climas secos ou áridos, muitas vezes ocorre o contrário – sapatas de concreto podem ter um teor de umidade maior do que o solo ao redor e oferecem uma oportunidade econômica para o aterramento.Se o vergalhão de 20 pés (ou mais) for embutido no concreto, o próprio vergalhão pode servir como uma haste de aterramento.(Observação: isso deve ser planejado antes de despejar o concreto.) Esse método de aterramento é comum em locais secos e é descrito no NEC, Artigo 250.52 (A3), “Eletrodo Envolto em Concreto”.
Se você não tiver certeza do melhor método de aterramento para sua localização, converse com seu inspetor elétrico durante a fase de projeto de seu sistema.Você não pode ter muito aterramento.Em um local seco, aproveite todas as oportunidades para instalar hastes de aterramento redundantes, fios enterrados, etc. Para evitar corrosão, use apenas hardware aprovado para fazer conexões às hastes de aterramento.Use parafusos bipartidos de cobre para emendar fios de aterramento de forma confiável.
Aterramento de Circuitos de Potência
Para fiação predial, o NEC exige que um lado de um sistema de energia CC seja conectado – ou “ligado” – ao terra.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 de seus respectivos sistemas e ambos no mesmo ponto do sistema de aterramento.Isso é feito no painel de energia central.
Os fabricantes de alguns sistemas autônomos de finalidade única (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 da matriz deve usar comprimentos mínimos de fio, inseridos na estrutura de metal.Fios positivos e negativos devem ter o mesmo comprimento e devem ser executados juntos sempre que possível.Isso minimizará a indução de tensão excessiva entre os condutores.O conduíte de metal (aterrado) também adiciona uma camada de proteção.Enterre fios longos ao ar livre em vez de colocá-los acima da cabeça.Um fio de 100 pés (30 m) ou mais é como uma antena - ele 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 limita 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 os dois ou mais condutores.Pode ser difícil encontrar um cabo de alimentação adequado que já esteja torcido, então veja o que fazer: Disponha um par de fios de alimentação no chão.Insira um bastão 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.) Às vezes, uma furadeira também pode ser usada para torcer a fiação, dependendo do tamanho do fio.Apenas prenda as pontas da fiação no mandril da furadeira e deixe a ação da furadeira torcer os cabos juntos.Certifique-se de executar a broca na velocidade mais baixa possível se tentar esta técnica.
O fio terra não precisa ser torcido com os fios de energia.Para execuções de enterro, use fio de cobre nu;se você usar conduíte, passe o fio terra fora do conduíte.O contato de aterramento adicional melhorará o aterramento do sistema.
Use um cabo de par trançado para quaisquer cabos de comunicação ou controle (por exemplo, um cabo de chave flutuante para desligamento total do tanque de uma bomba de água solar).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 tem uma folha metálica envolvendo os fios trançados e, normalmente, também um fio de “drenagem” separado e desencapado.Aterre a blindagem do cabo e o fio dreno apenas em uma extremidade, para eliminar a possibilidade de criar um loop 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:
• Localização isolada em terreno alto em uma área de forte raio
• Solo seco, rochoso ou de outra forma pouco condutor
• O fio tem mais de 100 pés (30 m)
pára-raios
Os pára-raios (sobretensão) são projetados para absorver picos de tensão causados por tempestades elétricas (ou energia elétrica fora da especificação) e permitem efetivamente que a sobretensão 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 pára-raios são feitos para várias tensões, tanto para CA quanto para CC.Certifique-se de usar os supressores apropriados para sua aplicação.Muitos instaladores de sistema 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 pela UL.
Os pára-raios PolyPhaser e Transtector são produtos de alta qualidade para locais sujeitos a descargas atmosféricas 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
“Pára-raios” são dispositivos de descarga estática que são colocados acima de edifícios e matrizes solares elétricas e conectados ao solo.Eles são feitos para evitar o acúmulo de carga estática e eventual ionização da atmosfera circundante.Eles podem ajudar a evitar um golpe e podem fornecer um caminho para uma corrente muito alta até o solo se ocorrer um golpe.Os dispositivos modernos são em forma de pico, geralmente com vários pontos.
As hastes de iluminação são normalmente 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 qualificado, considere consultar um especialista em proteção contra raios antes de instalar o sistema.Se possível, selecione um instalador fotovoltaico certificado pela North American Board of Certified Energy Practitioners (NABCEP) (consulte Acesso).Embora esta certificação não seja específica para proteção contra raios, ela pode ser uma indicação do nível de competência geral do instalador.
Longe dos olhos, mas não longe do pensamento
Muitos trabalhos de proteção contra raios estão enterrados e fora de vista.Para ajudar a garantir que seja feito corretamente, escreva-o em seu(s) contrato(s) com o instalador do sistema, eletricista, escavadeira, encanador, perfurador de poços ou qualquer pessoa que esteja fazendo terraplenagem que conterá seu sistema de aterramento.
Horário da postagem: 10 de agosto de 2020