A Importância da String Box

 

A importância da String Box como um elemento de proteção independente nos sistemas de geração de Energia Solar Fotovoltaica

 

 

Todos sabem que a string box (caixa de junção) é parte integrante de todo sistema de geração solar fotovoltaica. Ela é essencial à segurança na operação e à vida útil desses sistemas no sentido em que desempenha função extremamente importante como o seccionamento do sistema em casos de necessidade de desligamento para alguma intervenção no inversor ou frente à sobrecargas anormais, e a proteção dos equipamentos, em especial o inversor, contra raios e surtos elétricos, que atingem com frequência as instalações e causam desde uma degradação gradual dos equipamentos, reduzindo a vida útil dos mesmos, até queimas instantâneas frente a eventos de maior intensidade.


Dada a relevância das funções cumpridas pela string box, recomendações contidas em normas técnicas de equipamentos e instalações, especificações técnicas adequadas de desempenho e capacidade e aspectos práticos de segurança e economia na operação e manutenção de sistemas de geração solar fotovoltaica, é fundamental a aplicação da string box como um elemento independente no sistema, ou seja, separado fisicamente dos outros elementos

Segue a comparação entre a string box independente e o inversor com dispositivos de interrupção-seccionamento e proteção contra surtos elétricos integrados ou acoplados:

 

QUESITOS

STRING BOX

DISPOSITIVOS DE INTERRUPÇÃO SECCIONAMENTO E PROTEÇÃO CONTRA SURTOS ELÉTRICOS ACOPLADOS / INTEGRADOS AO INVERSOR

COMENTÁRIOS

Surtos acima da capacidade do Dispositivo de Proteção contra Surtos (DPS)

• As String Boxes independentes são fabricadas com DPS de maior capacidade de absorção de energia reduzindo a probabilidade de final de vida útil por surtos de maior energia.

• Na eventualidade de ocorrência de surtos acima da capacidade do DPS, eliminam o risco de danos ao inversor, uma vez que o DPS está em um gabinete isolado.

• Surtos de alta energia são acompanhadas de correntes de elevada intensidade, causando a formação de plasma e como consequência a elevações abruptas de temperatura, podendo causar danos de grande extensão aos circuitos internos do inversor, estruturas mecânicas, conexões elétricas, placas de circuito impresso, cabos e todo e qualquer dispositivo ou estrutura nas imediações do DPS.

• Devido ao grande potencial de danos, surtos desta natureza podem gerar custos elevados com manutenções, podendo levar até a necessidade de substituição do inversor por completo.

• Grande probabilidade de geração de prejuízos indiretos devido à interrupção do fornecimento de energia por maiores períodos devido à grande extensão dos danos causados.

Um DPS quando instalado internamente a um inversor ou qualquer outro equipamento eletrônico, assumirá baixa impedância em qualquer situação de sobretensão, sendo esta sobretensão um surto de baixa, média ou alta intensidade. Assim ao se instalar um dispositivo de baixa capacidade, como única medida de proteção, assumese o risco também de receber e drenar descargas de alta intensidade, eventualmente acima da capacidade do único DPS existente para essa função. Isso poderá resultar em grandes danos aos circuitos internos dos inversores e interrupções mais longas no fornecimento de energia

Compatibilidade eletromagnética

• Inversor protegido contra indução eletromagnética causada pelos surtos elétricos.

• Inversor susceptível a falhas por indução eletromagnética causada pelos surtos elétricos.

A inexistência da proteção contra surtos externa e independente ao inversor faz com que toda a corrente de surto circule nos circuitos internos, estressando demasiadamente a proteção interna e criando campos eletromagnéticos que enlaçam diversos componentes eletrônicos sensíveis, podendo causar a queima instantânea ou a degradação e redução da vida útil do inversor ou da própria proteção contra surtos interna ou acoplada.

Peças de reposição

• Disponíveis em lojas de materiais elétricos ou diretamente com o fabricante.

• Em alguns casos, a concepção da solução não contempla a possibilidade de reposição de peças.

• Em outros casos, as peças de reposição podem não estar disponíveis no mercado nacional ou têm prazo de entrega longo e alto custo de aquisição.

Componentes eletrônicos soldados em placa de circuito impresso dificultam a substituição em caso de fim de vida útil. Há casos em que os componentes podem ser substituídos, mas normalmente são de alto custo e de difícil aquisição.

Inspeção do status de operação dos dispositivos de proteção

• Permite acesso visual ao indicador de fim de vida útil de cada plugue do DPS.

• Permite acesso visual ao led do porta fusível que indica a necessidade de substituição do fusível.

• Não permite visualizar os dispositivos de proteção.

• Não permite a inspeção de fim de vida útil dos componentes sem a abertura do gabinete.

De acordo com a norma ABNT NBR 16690, item 6.5.2.2, “O arranjo fotovoltaico e as caixas de junção que contenham dispositivos contra sobrecorrente e/ou dispositivos de manobra devem ser instalados de forma a possibilitar a inspeção, manutenção ou reparos sem necessidade de desmontagem de peças estruturais, gabinetes, bancadas ou similares”, e de acordo com a norma IEC 61643-32, item 10, os dispositivos de proteção contra surtos devem ser instalados de forma que possam ser facilmente inspecionados. Na maioria dos inversores esses requisitos não são atendidos em sua totalidade.

Manutenção dos dispositivos de proteção contra surtos (DPS)

• Não requer a abertura do invólucro para substituição dos plugues, evitando o acesso do operador ao circuito energizado.

• Permite a substituição dos plugues sob carga e sem a utilização de ferramentas.

• Requer a abertura do gabinete para substituição dos plugues e, nos casos em que os componentes de proteção são soldados na placa de circuito impresso, requer a retirada do inversor, exigindo a interrupção no fornecimento de energia para garantir a segurança do operador.

• Requer verificações periódicas mais frequentes do status de operação do DPS devido à impossibilidade de visualização externa.

• Custos frequentes com substituição de plugues, módulos ou do próprio inversor, devido à menor suportabilidade a correntes de surto.

Normalmente, a proteção contra surtos elétricos integrada ou acoplada ao inversor possui capacidade de condução de correntes de surto mais baixas resultando em vida útil mais curta, gerando gastos mais frequentes com paradas no fornecimento de energia e manutenções. Segundo a norma ABNT NBR 5410, item 4.2.8, as verificações periódicas, manutenções e reparos devem ser realizados de forma fácil e segura.

Manutenção dos dispositivos interruptores seccionadores (chaves / disjuntores)

• Permite a substituição dos fusíveis sem a abertura do invólucro e sem utilização de ferramentas

• Utilização de porta fusíveis que garantem a desconexão total do circuito sem riscos ao operador.

• Não permite a substituição dos fusíveis sem a abertura do gabinete.

• Exige verificações periódicas mais frequentes do status de operação dos fusíveis devido a impossibilidade de visualização externa.

• Riscos associados à segurança quando o fusível não é totalmente desconectado do circuito permitindo o acesso do operador ao potencial do arranjo fotovoltaico.

Fusíveis integrados a um inversor, caso instalados antes do dispositivo seccionador e sem porta fusíveis, permanecem no potencial do sub arranjo fotovoltaico durante sua substituição, expondo o operador do sistema a riscos de choque elétrico. Na String Box independente, os fusíveis são extraídos com o auxílio do porta-fusíveis, isolando o operador do potencial elétrico.

Inspeção do status de operação dos dispositivos de proteção

• Os dispositivos interruptoresseccionadores (Chaves/ Disjuntores) DC e AC, estão em quadros de distribuição distintos, reduzindo o risco de comutação indevida pelo operador.

• PermiteAbertura do gabinete do inversor com o circuito totalmente desenergizado, impossibilitando o acesso do operador a dispositivos no potencial do arranjo fotovoltaico.

• Os dispositivos interruptoresseccionadores (Chaves/ Disjuntores) DC e AC, podem estar no mesmo gabinete, aumentando o risco de comutação indevida pelo operador.

• Existem dispositivos no potencial do arranjo fotovoltaico, expondo o operador ao risco de choque elétrico.

Quando a instalação comportar mais de uma alimentação, a ABNT NBR 5410, item 4.2.5.7, recomenda que componentes vinculados especificamente a uma determinada alimentação não compartilhem, com elementos de outra alimentação, o mesmo quadro de distribuição.

 

É importante alertar os projetistas, integradores e distribuidores de sistemas fotovoltaicos que somente a proteção interna ou acoplada ao inversor não é suficiente para atender às recomendações contidas nas normas técnicas. Além disso, a utilização da string box como um elemento independente do inversor garante uma maior segurança das pessoas e uma vida útil mais longa da proteção contra surtos e do inversor evitando perdas de receita, interrupções mais frequentes no fornecimento de energia, gastos mais frequentes e maiores com manutenções ou substituições de equipamentos e alongamento do prazo de retorno do investimento.

 

Para mais informações:

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