Proteções CA e CC na mesma caixa de junção, pode?

Fonte: VINICIUS AYRÃO by Viniucius Ayrão

Este artigo aborda a polêmica sobre montar os circuitos de proteção CA e CC na mesma caixa de junção.

Figura 1: String Box Montada - Fonte: Proauto Electric

Um sistema fotovoltaico conectado a rede geralmente é composto, de forma simplificada, por um conjunto de módulos fotovoltaicos, cabeamento CC, string box, inversor, cabeamento CA e proteção CA. Vamos de inicio relembrar alguns conceitos e posteriormente discutir sobre o assunto.

O que é corrente contínua (CC)?

A corrente contínua (CC ou DC, do inglês) possui tensão e corrente unidirecionais, exercendo sua função por meio do fluxo de elétrons, portanto, seu circuito possui polaridade positiva e negativa, não comprometendo seu sentido de circulação.

Para identificá-la, basta observar se a corrente mudou de sentido, já que o tipo de onda e intensidade não interferem em sua polaridade (+ ou -). Sendo assim, a CC percorre o caminho no sentido positivo para o negativo de forma convencional, fornecendo corrente elétrica para baterias e pilhas, por exemplo.

Os módulos fotovoltaicos convertem a energia dos raios solarem em energia elétrica quando partículas de luz solar (os fótons) colidem com os átomos do material do painel solar, provocando assim o deslocamento dos elétrons. Este fluxo de elétrons cria uma corrente elétrica unidirecional, pois os elétrons se movimentam em um único sentido.

O que é corrente alternada (CA)?

A corrente alternada (CA ou AC, do inglês) é caracterizada por sua intensidade e direção, que variam periodicamente – ao contrário da corrente contínua – invertendo sua polaridade a cada ciclo. A corrente CA é a principal forma atualmente de se transmitir e distribuir a energia elétrica, pois através de transformadores é possível obter diferentes níveis de tensão em determinados segmentos que compõem a rede, diminuindo consideravelmente as perdas.

No Brasil a corrente CA inverte sua polaridade 60 vezes por segundo, por isso nossos motores e geradores precisam ser 60 Hz, já os níveis de tensão disponíveis comumente nas tomadas das casas brasileiras podem ser 127 ou 220 volts, mas nas indústrias é comum encontrar tensões acima de 380 volts.

Os inversores fotovoltaicos para serem instalados no Brasil precisam ser compatíveis com a frequência de 60 Hz e a tensão do local onde será instalado, sendo que os mais comuns para potências abaixo de 20 kW são 220 volts, e para potencias maiores geralmente são 380 volts.

O que é String Box, ou caixa de junção CC?

A NBR 5410, norma brasileira de instalações elétricas de baixa tensão e a NBR 16690, norma brasileira sobre sistemas fotovoltaicos preveem que as instalações devem ter como características básicas a proteção contra choque elétrico do usuário, proteção contra efeitos térmicos e incêndios, proteção contra sobrecorrente, proteção contra sobretensão e capacidade de seccionamento.

Os sistemas fotovoltaicos estão inclusos na cobertura das normas, portanto devem seguir os mesmos princípios básicos.

A string box é o componente de proteção da parte CC do sistema fotovoltaico. Ela conecta os cabos vindos dos módulos fotovoltaicos ao inversor, enquanto fornece proteção contra sobretensão e sobrecorrente e permite o seccionamento do circuito. Os elementos básicos de uma string box são:

• Invólucro - onde serão alocados os dispositivos de proteção e as conexões elétricas;

• Dispositivo seccionador - podendo ser implementado com chave seccionadora ou disjuntor CC;

• DPS CC (Dispositivo de proteção contra sobretensão);

• Dispositivo de proteção contra sobrecorrente - disjuntor ou fusível;

• Jumpers e Cabos CC.

Figura 2: String Box em detalhe- Fonte: MRK Solar

O que é Quadro de proteção CA?

Assim como na caixa de junção CC, a NBR 5410 prevê que as instalações devem ter como características básicas a proteção contra choque elétrico do usuário, proteção contra efeitos térmicos e incêndios, proteção contra sobrecorrente, proteção contra sobretensão e capacidade de seccionamento.

O quadro de proteção CA do sistema fotovoltaico é responsável por conectar o inversor a rede elétrica do imóvel ou empreendimento onde o gerador fotovoltaico deve ser instalado, oferecendo proteção contra sobretensão e sobrecorrente e permitindo o seccionamento manual e desconexão instantânea. Os elementos básicos de um quadro de proteção CA são:

• Invólucro, ou quadro - onde serão alocados os dispositivos de proteção e as conexões elétricas;

• Dispositivo de seccionamento e proteção contra sobrecorrente e curto-circuito - disjuntor termomagnético CA;

• DPS CA (Dispositivo de proteção contra sobretensão);

• Jumpers, barramentos e Cabos CA.

Figura 3: Quadro de proteção CA em detalhe- Fonte: Acervo próprio

Mas e ai, pode montar as proteções CC e CA no mesmo invólucro?

A NBR 5410 - Instalações Elétricas de Baixa Tensão, apresenta as condições mínimas que as instalações elétricas de baixa tensão devem satisfazer a fim de garantir a segurança de pessoas e animais, o funcionamento adequado da instalação e a conservação dos bens, traz o seguinte trecho:

Como uma instalação fotovoltaica não se enquadra em nenhuma dessas exceções, conclui-se que as fontes de alimentação (CC e CA) devem permanecer em invólucros separados.

Mas por que não se deve utilizar duas fontes de alimentação em um mesmo quadro? A resposta é simples: é comum que pessoas sem qualificação técnica mexam em instalações elétricas, como nos quadros de distribuição de residências. Em corrente alternada, a tensão normalmente é em torno de 220 V, em alguns casos 380V. Já a tensão em circuitos de corrente contínua dos sistemas fotovoltaicos geralmente atinge valores próximos a 1000V. Por hábito, as pessoas costumam desligar apenas o disjuntor geral quando vão trabalhar em quadros de distribuição. Entretanto, em um quadro com fontes de alimentação diferentes, o simples desligamento do disjuntor de uma das fontes, não irá desligar a outra fonte, ou seja, ao desligar apenas o disjuntor CA, o circuito CC continuará energizado lado de corrente contínua, o que oferece um risco altíssimo para a integridade física de um operador inexperiente.

Figura 4: Caixa de junção montada de forma irregular - Fonte: Sharenergy

Um trecho da NBR - Segurança em Eletricidade diz o seguinte:

Portanto, embora existam fabricantes que vendam caixas de junção com os componentes de proteção CC e CA no mesmo invólucro, essa é uma prática que vai contra as normas de funcionamento e segurança no setor elétrico, e pode oferecer risco a usuários e operadores podendo causar danos severos e até acidentes fatais.