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A fiação do isolador de CC do sistema solar é, antes de tudo, uma questão de polaridade e disposição. A identificação dos terminais, a entrada dos cabos e o espaço no gabinete vêm em segundo plano, depois do caminho da corrente contínua.
PorShi, MuxiA fiação do seccionador de CC entre um combinador de strings e o inversor requer um ponto de desconexão dedicado que interrompa todo o barramento de CC antes dos terminais de entrada do inversor. Em um sistema fotovoltaico típico instalado no telhado ou no solo, o combinador de strings agrega vários circuitos de string, cada um transportando tensão em circuito aberto de até 1.000 V CC ou 1.500 V CC, em um único trilho de saída CC protegido por fusível que alimenta o inversor. O isolador deve ter a classificação correta para tensão CC, corrente contínua, categoria de utilização e classe de proteção do invólucro antes que qualquer condutor seja conectado. A seleção e a instalação de um disjuntor inadequado criam um risco latente de falha que a termografia e as listas de verificação de comissionamento podem não detectar até que ocorra um evento de falha.
O seccionador deve ser selecionado e conectado levando em consideração três parâmetros nominais: a tensão máxima do sistema, a corrente contínua máxima na saída do combinador e a corrente nominal de curto-circuito, que não deve ser inferior à corrente de falha prevista nessa saída.
A tensão máxima do sistema é normalmente de 1.000 V CC para instalações residenciais e comerciais, de acordo com a norma IEC 60364-7-712, ou de 1.500 V CC para parques de energia solar em escala comercial. Para um combinador de quatro strings, em que cada string produz 10 A, o isolador deve suportar pelo menos 40 A CC na tensão do sistema, com uma margem de segurança confirmada a partir da capacidade nominal de fechamento e abertura indicada na ficha técnica do interruptor selecionado, de acordo com as categorias DC-21B, DC-22B ou uma categoria de utilização específica para energia fotovoltaica, conforme a norma para interruptores-seccionadores.
A norma aplicável a esta aplicação é publicação oficial da IEC sobre seccionadores-interruptores, que se aplica a interruptores, seccionadores, interruptores-seccionadores e unidades combinadas com fusíveis para circuitos de distribuição e de motores, com tensão nominal de até 1.000 V CA ou 1.500 V CC. As categorias de utilização específicas para sistemas fotovoltaicos, DC-PV1 e DC-PV2, são abordadas no Anexo P dessa norma. Para uma orientação completa sobre o que a norma exige de um dispositivo nessa posição do circuito, consulte a referência da Shieldhz sobre o escopo da norma para seccionadores-desconectadores.
| Parâmetro | Requisito típico de campo | Referência normativa | Nota de campo |
|---|---|---|---|
| Tensão máxima CC | 1.000 V CC ou 1.500 V CC | a norma para seccionadores-interruptores | Deve exceder o valor Voc na temperatura ambiente mais baixa registrada, e não nas condições STC |
| Corrente nominal | 1,25 x Isc por saída combinada da cadeia | IEC 60364-7-712 | Reduzir ainda mais a potência nominal para carga contínua de corrente contínua; a saída do combinador agrupa várias cadeias |
| Categoria de utilização | DC-PV1 (aterrado) ou DC-PV2 (não aterrado/flutuante) | a norma relativa ao seccionador-interruptor, Anexo P | O DC-PV2 requer maior capacidade de interrupção de arco; verifique a topologia do inversor antes de especificar |
| Tensão nominal de isolamento | Maior ou igual ao valor de Voc do sistema em todas as condições de temperatura | a norma para seccionadores-interruptores | A Ui deve cobrir o Voc no pior cenário de temperatura baixa |
| Proteção contra a penetração no invólucro | IP65, no mínimo, para uso externo; IP66 ou IP67 para locais expostos ou costeiros | IEC 60529 | Os trechos entre o combinador e o inversor costumam estar parcialmente protegidos, mas não totalmente |
O fato de o painel estar solidamente aterrado (DC-PV1) ou flutuante e sem aterramento (DC-PV2) determina a demanda de interrupção de arco imposta aos contatos do isolador. As aplicações DC-PV2 exigem maior energia de interrupção, pois a corrente de falha não possui um caminho definido de retorno ao aterramento. Um dispositivo testado apenas para operação DC-PV1 pode não conseguir eliminar uma falha em um sistema de inversor sem transformador, apresentando soldagem dos contatos ou arco elétrico prolongado como modo de falha.
Para saídas de combinadores que alimentam inversores centrais ou de string com tensão nominal superior a 600 V CC, os disjuntores de isolamento CC fotovoltaicos projetados especificamente para esse fim, em conformidade com a norma para disjuntores-seccionadores do Anexo P, são a especificação padrão para instalação em campo. Sempre verifique a tensão nominal de operação do seccionador em relação ao Voc do pior caso, calculado na temperatura mínima de projeto do local — um valor que, em climas frios, costuma exceder o valor indicado na placa de identificação STC em 5 a 10 por cento.
Consulte o coeficiente de temperatura do fabricante do módulo para o Voc e calcule o Voc no pior cenário possível na temperatura mínima registrada no local antes de encomendar qualquer isolador. Para instalações com inversores mistos, nas quais algumas unidades são isoladas por transformador e outras não possuem transformador, confirme a topologia de aterramento de cada inversor individualmente. A mesma fileira de combinadores pode exigir diferentes categorias de utilização em diferentes conexões de inversores. Solicite os certificados de teste padrão do Anexo P para o seccionador, em vez de aceitar uma classificação geral de tensão. Um seccionador marcado como “1.000 V CC” sem a documentação do Anexo P não foi testado para a função de interrupção de arco fotovoltaico.
Em instalações em campo, as barras coletoras positiva e negativa do combinador exigem, cada uma, um polo de comutação separado, de modo que ambos os condutores sejam interrompidos simultaneamente. Essa é uma configuração mínima de dois polos para um sistema de corrente contínua não aterrado. A fiação da saída do combinador passa por um conduíte ou bandeja de cabos até os terminais de linha do isolador e, em seguida, segue até a entrada de corrente contínua do inversor.
O dimensionamento dos cabos é feito com base em cálculos de queda de tensão, visando uma queda não superior a 1% no trecho entre o combinador e o inversor, a fim de proteger a precisão do MPPT do inversor. A seleção da seção transversal do condutor também deve levar em conta o preenchimento do conduíte, a correção da temperatura ambiente e a faixa de aceitação dos terminais da estrutura do isolador selecionado.
Para instalações ao ar livre, o gabinete do isolador deve ter, no mínimo, classificação IP65 de acordo com a norma IEC 60529, impedindo a entrada de umidade que acelera a formação de arcos elétricos de corrente contínua nos terminais desprotegidos. Compreender as diferenças entre as classificações IP65, IP66 e IP67 é importante nesta posição do circuito, pois um trecho entre o combinador e o inversor que passa por bandejas de cabos parcialmente protegidas pode ficar exposto a jatos de água durante a manutenção do telhado ou em eventos de tempestade. A referência da Shieldhz sobre os requisitos de classificação IP oferece uma comparação prática dessas classes para auxiliar nas decisões de seleção em campo.
O Chave isoladora PV DC GF40 foi projetado para essa posição em campo, integrando capacidade nominal de interrupção de corrente contínua em um invólucro com proteção contra a entrada de corpos estranhos, adequado para as ligações entre o combinador e o inversor. Verifique a ficha técnica para obter informações específicas sobre a intensidade nominal, a configuração de pólos e a classificação do invólucro antes de fazer a especificação.
O procedimento abaixo se aplica a sistemas fotovoltaicos residenciais e comerciais que operam com tensões de string de até 1.000 V CC e correntes combinadas de string dentro da capacidade nominal de interrupção do isolador. Adapte-o às normas de instalação elétrica específicas do local e à norma nacional aplicável.
Limite de segurança: Esta seção não constitui um manual de instalação elétrica “faça você mesmo”. A instalação, o comissionamento, a manutenção e as verificações de falhas do isolador CC fotovoltaico devem ser realizados por pessoal elétrico qualificado, de acordo com os procedimentos de segurança do projeto. Antes de abrir um gabinete ou verificar terminais, siga os procedimentos de bloqueio e sinalização (lockout/tagout), desenergize o circuito relevante quando o procedimento assim exigir e verifique a ausência de tensão com equipamento de teste adequado para corrente contínua.
Antes de tocar em qualquer condutor, verifique o seguinte:
Passo 1: Verifique os valores nominais do isolador. Confirme se o seccionador de CC selecionado possui uma tensão nominal de CC maior ou igual à tensão máxima em circuito aberto do sistema e uma corrente nominal maior ou igual a 1,25 vezes a corrente de curto-circuito combinada da cadeia, de acordo com as orientações de dimensionamento da norma IEC 60364-7-712.
Etapa 2: Instale o gabinete do isolador. Posicione a unidade entre os terminais de saída do combinador de cordas e a entrada de corrente contínua do inversor, de forma que fique acessível para operação e manutenção. Oriente o gabinete de modo que as entradas dos conduítes fiquem voltadas para baixo, a fim de evitar a entrada de água, especialmente em instalações em telhados, onde o requisito de proteção IP no local tenha sido confirmado por meio da avaliação do local.
Etapa 3: Passar e revestir os cabos de corrente contínua. Passe os condutores positivo e negativo do combinador por conduítes separados ou agrupados, de acordo com as normas locais de instalação elétrica. Mantenha o raio mínimo de curvatura para evitar tensão no isolamento no ponto de entrada do isolador; verifique os dados do fabricante do cabo para o tipo específico de condutor em uso.
Etapa 4: Fazer a terminação dos condutores do lado do combinador. Conecte o fio positivo combinado ao terminal positivo do lado da linha do isolador e o fio negativo combinado ao terminal negativo do lado da linha. Aperte as terminações dos terminais de cabo com o torque indicado na ficha técnica do isolador; não utilize um valor de torque de referência genérico. O valor correto depende do projeto do terminal, da seção transversal do condutor e do tipo de terminal.
Etapa 5 – Ponto de retenção – Verificação pré-energização. Usando o voltímetro CC, faça a medição entre os terminais do lado da linha com o isolador na posição aberta. Verifique se a polaridade está correta e se a tensão não excede a tensão CC nominal do isolador. Não prossiga até que a leitura esteja dentro da faixa esperada e a polaridade tenha sido confirmada.
Etapa 6: Conecte as extremidades dos condutores do lado do inversor. Conecte os condutores positivo e negativo do lado da carga aos terminais de entrada de corrente contínua do inversor, respeitando as marcações de polaridade. Para instalações que utilizam o Isolador CC fotovoltaico GF51, verifique se o indicador de posição da alavanca está alinhado com a posição “OFF” antes de fazer as conexões do lado da carga.
Passo 7: Feche o isolador e verifique se está funcionando corretamente. Gire a alavanca do isolador para a posição ON e, em seguida, verifique se a tensão do barramento CC do inversor aparece no visor do inversor. Registre a tensão e a corrente medidas para os registros de comissionamento. Compare a tensão de entrada CC medida com a faixa calculada de Voc para o pior caso, considerando as condições ambientais no momento do comissionamento.
A classe do invólucro, o local de montagem, a temperatura ambiente e a geometria do traçado dos cabos influenciam qual configuração do isolador permanecerá segura e em conformidade com as normas ao longo da vida útil da instalação.
| Local de montagem | Classificação mínima do invólucro | Nota sobre a seleção |
|---|---|---|
| Ao ar livre, totalmente exposto | IP65 ou IP66 | Confirmar que o material da carcaça é resistente aos raios UV |
| Ao ar livre, sob uma copa de árvore ou toldo | IP54, no mínimo; IP65 é preferível | Recomenda-se a classificação IP65 nos casos em que as atividades de manutenção possam envolver água |
| Espaço interno ventilado | IP20 a IP40 | Verifique se a temperatura ambiente do gabinete está dentro dos limites especificados para o disjuntor |
| Zona costeira ou de alta umidade | IP66 com caixa resistente aos raios UV | O policarbonato padrão sofre degradação significativa em um período de 3 a 5 anos quando exposto à radiação UV em ambiente salino |
A temperatura ambiente afeta diretamente a capacidade de corrente contínua. Em instalações em telhados, os gabinetes dos isoladores montados na superfície podem atingir temperaturas do ar interno significativamente superiores à temperatura ambiente em dias calmos e ensolarados. A maioria das faixas de corrente dos isoladores CC é classificada para uma temperatura ambiente de referência de 40 graus Celsius. Para instalações em que as temperaturas internas do gabinete excedem rotineiramente essa referência, aplique a curva de redução de potência do fabricante e selecione a faixa de corrente imediatamente superior. Não presuma que a corrente nominal indicada na placa de identificação se aplique a temperaturas internas elevadas do gabinete sem consultar os dados de redução de potência na ficha técnica do produto.
Compartimentos sem ventilação instalados em telhados de metal escuro podem apresentar temperaturas internas do ar bem acima da temperatura ambiente de referência do disjuntor no auge do verão. Verifique se qualquer sala de combinadores ou abrigo de inversores fechado possui ventilação mecânica antes de presumir que a classificação de temperatura ambiente padrão se aplica.
O ângulo de entrada do cabo, o preenchimento do conduíte e o raio de curvatura afetam tanto a tensão mecânica nos terminais quanto a dissipação térmica. Quando os cabos de corrente contínua (CC) entram no isolador pela parte inferior — o que é comum na montagem do lado do inversor —, a configuração em laço de gotejamento impede a entrada de umidade, mesmo em caixas com classificação IP moderada. Feixes de cabos paralelos conduzidos em conduítes em temperaturas ambientes elevadas exigem correção da capacidade de corrente de acordo com as normas nacionais de fiação aplicáveis, o que pode aumentar a seção transversal do condutor e, consequentemente, a exigência de tamanho dos terminais na estrutura do isolador selecionada.
No caso de combinadores de múltiplas cadeias que alimentam um inversor central, é importante analisar a totalidade do Faixa de chave do isolador PV DC ajuda a identificar estruturas com blocos de terminais e opções de caixa compatíveis com os tamanhos de cabos em uso.
Falhas na fiação do seccionador de CC entre o combinador de strings e o inversor estão entre as causas mais comuns de baixo desempenho do sistema e desligamentos indesejados em instalações fotovoltaicas.
Causa principal: Polaridade invertida nos terminais de entrada do isolador de corrente contínua. Isso ocorre quando os condutores positivo e negativo do combinador são trocados durante a conexão, gerando uma referência de tensão negativa no estágio de entrada de corrente contínua do inversor.
Ação corretiva: Desenergize os circuitos de cadeia por meio dos fusíveis do combinador. Utilize um multímetro de corrente contínua calibrado para verificar a polaridade nos terminais do lado da linha do isolador antes de religar. Confirme a codificação por cores dos condutores em relação ao esquema de fiação do local antes de refazer as terminações.
Causa principal: Conexão de alta resistência nos terminais do lado da carga do isolador, normalmente causada por terminais de cabo com torque insuficiente. Terminações com torque insuficiente permitem a formação de microarcos sob corrente de carga, o que aumenta progressivamente a resistência de contato e produz uma queda de tensão mensurável no isolador, mesmo na posição fechada.
Ação corretiva: Reaplique o torque em todos os terminais de acordo com o valor especificado pelo fabricante, utilizando uma chave de torque calibrada. Meça a queda de tensão nos contatos fechados à corrente nominal. Valores que excedam significativamente as especificações da ficha técnica do isolador relativas à queda de tensão justificam a substituição dos terminais ou do próprio isolador.
Causa principal: Entrada de umidade em um invólucro com classificação insuficiente ou em mau estado. Invólucros com juntas deterioradas ou entradas de cabos sem vedação ficam abaixo de sua classe IP nominal e permitem a formação de condensação nos terminais de corrente contínua sob tensão, criando um caminho de fuga parcial que o circuito de detecção de falha de aterramento do inversor interpreta como uma falha de isolamento.
Ação corretiva: Inspecione todos os prensa-cabos e juntas do invólucro. Substitua qualquer prensa-cabo que apresente rachaduras ou deformação por compressão. Em locais com elevada precipitação sazonal, é preferível optar por uma variante de invólucro com classe IP mais elevada do que realizar manutenção repetida nas juntas. Confirme se a classificação IP do invólucro substituto atende ao tipo específico de exposição da instalação, conforme definido na norma IEC 60529.
Causa principal: Desconexão mecânica entre o eixo do atuador e o mecanismo interno de came ou contato, frequentemente causada por rotação excessiva, danos por impacto ou fadiga mecânica em aplicações com alto número de ciclos. Essa falha cria uma condição latente perigosa: o operador acredita que o circuito está isolado, enquanto ainda há tensão nos terminais do lado da carga.
Ação corretiva: Não confie na posição da alavanca como única confirmação de isolamento em nenhum momento durante a preparação para trabalhos em tensão. Sempre verifique se não há tensão nos terminais do lado da carga com um voltímetro de corrente contínua adequado antes de realizar qualquer trabalho a jusante. Substitua o isolador imediatamente. Essa falha não pode ser reparada em campo, e o dispositivo deve ser retirado de serviço.
Shieldhz é a marca de exportação da Zhejiang Shihe Electric Co., Ltd., fundada em 2014 e sediada no polo industrial elétrico de Yueqing, na província de Zhejiang, na China. As instalações ocupam mais de 5.000 metros quadrados, empregam mais de 100 funcionários e operam mais de 40 máquinas de produção. A linha de produtos conta com a certificação de gestão da qualidade ISO 9001, e cada produto possui certificações CE, TUV, RoHS, UL, UKCA, CCC e CB, dependendo do mercado-alvo e da família de produtos.
Quando um comprador envia uma consulta sobre um seccionador de corrente contínua (DC) a ser instalado entre um combinador de strings e um inversor, a Shieldhz segue uma lista de verificação de especificações estruturada antes de confirmar o modelo a ser utilizado ou emitir uma cotação. O objetivo é evitar que dispositivos com especificações insuficientes ou aplicados incorretamente cheguem ao local da obra.
Assim que as informações fornecidas pelo comprador forem confirmadas, a Shieldhz cruza os parâmetros enviados com as séries de produtos relevantes e fornece uma ficha técnica correspondente, um diagrama de fiação, uma tabela de conexão de terminais, um desenho de montagem e o pacote de certificados disponível. Para a série GF40, isso inclui a designação da categoria de utilização, dados sobre a capacidade nominal de fechamento e abertura, referência ao programa de contatos e certificação IP do invólucro. Os compradores podem enviar os parâmetros do sistema diretamente à equipe de engenharia da Shieldhz para receber uma recomendação específica para o modelo e um conjunto de documentação antes de formalizar um pedido de compra.
Em sistemas fotovoltaicos instalados em telhados e no solo, os isoladores ficam expostos à radiação UV contínua, a ciclos térmicos e à penetração de umidade. Essas condições aceleram a oxidação dos contatos, a fragilização da carcaça e o afrouxamento dos terminais mais rapidamente do que em ambientes industriais internos com horas de operação comparáveis.
| Item de inspeção | Intervalo sugerido | Critério de aprovação |
|---|---|---|
| Verificação do torque dos terminais | A cada 12 meses | Reaplique o torque de acordo com o valor indicado na ficha técnica; verifique se a perda de torque é significativa |
| Medição da queda de tensão de contato | A cada 12 meses | Dentro das especificações da ficha técnica; verificar se há alguma assimetria entre os pólos |
| Vedação do invólucro e integridade do índice IP | A cada 6 meses | Sem rachaduras visíveis, perda de compressão da vedação ou marcas de infiltração |
| Funcionamento da alavanca e do atuador | A cada 6 meses | Ação suave de abertura e fechamento com travamento preciso |
| Condição do isolamento dos cabos e dos prensa-cabos | A cada 12 meses | Sem descoloração, rachaduras ou condutor exposto; porcas de vedação totalmente encaixadas |
| Imagens térmicas de terminais em funcionamento | Anualmente ou após qualquer falha | Não há nenhum ponto de aquecimento que exceda o limite de aumento de temperatura indicado na ficha técnica sob carga nominal |
| Substituição completa do interruptor | De acordo com a classificação de durabilidade do fabricante ou com base nos resultados da análise de degradação | Substitua antes que o número de ciclos nominal seja atingido em aplicações de alto número de ciclos |
Para isoladores da série GF40, verifique os valores de resistência mecânica e os limites de resistência de contato publicados na ficha técnica do produto antes de definir intervalos específicos para cada local. Locais com alta irradiação solar ou zonas costeiras com ar salino geralmente exigem inspeções completas a cada seis meses, em vez de ciclos anuais.
A tensão operacional nominal do isolador deve exceder a tensão de circuito aberto no pior caso do arranjo, calculada na temperatura ambiente mais baixa registrada no local, que normalmente fica de 5 a 10 por cento acima do valor indicado na placa de identificação STC em climas frios. Para a maioria dos sistemas comerciais com inversores de string, isso significa especificar, no mínimo, um dispositivo com tensão nominal de 1.000 V CC, mesmo quando a tensão nominal da string fica abaixo desse limite em condições padrão.
As categorias DC-PV1 e DC-PV2 definem a energia do arco que o disjuntor deve interromper com segurança em condições de barramento aterrado e flutuante, respectivamente. Um dispositivo testado apenas para a categoria DC-PV1 pode não conseguir eliminar uma falha em um sistema de inversor sem transformador, resultando em soldagem dos contatos ou arco elétrico prolongado. O Visão geral do seccionador de isolamento CC para sistemas fotovoltaicos explica como as categorias de utilização se relacionam com a topologia do inversor e por que essa distinção é relevante para a documentação de aquisição.
Um isolador bipolar é o requisito mínimo para um sistema de corrente contínua (CC) sem aterramento, garantindo que os condutores positivo e negativo sejam desligados simultaneamente, em vez de deixar um condutor energizado. Sistemas com barramento de corrente contínua flutuante ou com derivação central podem exigir uma configuração de quatro pólos. Confirme a topologia do inversor e as normas locais de fiação antes de especificar o número de pólos e verifique na ficha técnica se o produto selecionado está disponível na configuração de pólos necessária.
A classificação IP65 é o padrão mínimo aceito para instalações de fiação fotovoltaica ao ar livre, de acordo com a norma IEC 60529. Recomenda-se IP66 ou IP67 para locais totalmente expostos, ambientes costeiros ou locais sujeitos a limpeza com alta pressão durante a manutenção do telhado. A classificação IP impressa no invólucro só é mantida se todos os prensa-cabos estiverem corretamente instalados, encaixados e vedados de acordo com a mesma classe de proteção do corpo do invólucro.
O reaperto anual é o intervalo padrão para a maioria das instalações, realizado com uma chave de torque calibrada, de acordo com o valor indicado na ficha técnica do isolador. Locais sujeitos a ciclos térmicos significativos, onde as oscilações diárias de temperatura excedem 30 graus Celsius, se beneficiam de uma primeira verificação de reaperto seis meses após o comissionamento, a fim de detectar o afrouxamento precoce antes que ele evolua para a formação de microarcos.
Um seccionador classificado para CA não é adequado para esta aplicação. Os arcos de CC não apresentam um ponto de passagem por zero natural da corrente que auxilie na interrupção; portanto, a geometria dos contatos e os materiais de extinção de arco exigidos para operação em CC diferem fundamentalmente daqueles utilizados em dispositivos de CA. Somente interruptores com classificação explícita de tensão CC, categoria de utilização em CC confirmada e a documentação de testes padrão associada ao interruptor-seccionador devem ser instalados no lado CC de um sistema fotovoltaico. O Interruptor CC solar GF41 é um exemplo de dispositivo projetado e testado especificamente para uso em circuitos CC fotovoltaicos, em vez de ser adaptado a partir de uma linha de seccionadores de CA.
A substituição é necessária quando a queda de tensão de contato medida exceder a especificação da ficha técnica, quando a articulação mecânica entre a alavanca e o came apresentar folga ou curso livre sem a correspondente abertura do circuito, ou quando o invólucro apresentar fragilização por radiação UV, rachaduras ou perda de compressão da vedação que não possa ser restaurada apenas com a substituição da junta. Independentemente da condição medida, os interruptores em aplicações de alto número de ciclos devem ser substituídos proativamente antes que a classificação de resistência mecânica publicada pelo fabricante seja atingida. Se a classificação de resistência não estiver indicada na ficha técnica, solicite-a ao fornecedor antes de estabelecer um cronograma de substituição.
