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Os 3 principais riscos de segurança da energia solar fotovoltaica e como evitá-los

Os técnicos solares sabem que transformar a radiação do sol em eletricidade não é mágica. A segurança da energia solar exige conhecimento específico, padrões de segurança exigentes e trabalho árduo.


As instalações solares em escala de utilidade usam tecnologias em rápida evolução, desde módulos fotovoltaicos (PV) e inversores até armazenamento e medição de baterias.



Nos sistemas fotovoltaicos, a corrente é "selvagem" e não é limitada pela eletrônica. As precauções de segurança do painel solar, medidas de controle e melhores práticas são diferentes de qualquer outro tipo de geração de energia.


Suas ferramentas devem ser projetadas para lidar com o trabalho, porque os riscos para a segurança solar são altos.


Estes são três dos riscos elétricos mais comuns com sistemas fotovoltaicos que você pode encontrar, juntamente com medidas específicas de controle de segurança solar fotovoltaica que você pode tomar para reduzir o risco.


1. Choque ou eletrocussão de condutores energizados


Assim como em outras fontes de geração de energia elétrica, os sistemas fotovoltaicos apresentam risco de choque e eletrocussão quando a corrente percorre um caminho não intencional através do corpo humano.


A corrente tão baixa quanto 75 miliamperes (mA) no coração é letal. O corpo humano tem uma resistência de cerca de 600 ohms. Pela lei de Ohm, a tensão (V) é igual à corrente (I) vezes a resistência (R), então V = IR.


Para calcular a quantidade de corrente que passaria pelo corpo de uma pessoa se exposta a 120 V, simplesmente divida 120 V por 600 ohms (I = V/R), o que totaliza 0,2 amperes ou 200 mA. Isso é mais de 2,5 vezes o limite letal de 75 mA, portanto, proteger você e seus funcionários contra esse evento é fundamental.


Os choques elétricos são normalmente causados ​​por um curto-circuito resultante de cabos e conexões corroídos, fiação solta e aterramento inadequado.


Os principais locais para procurar essas condições em um sistema fotovoltaico incluem a caixa do combinador, a fonte fotovoltaica e os condutores do circuito de saída e o condutor de aterramento do equipamento .


O condutor de aterramento une todos os componentes metálicos — e eventualmente ao solo — por meio do condutor do eletrodo de aterramento e do eletrodo de aterramento.



Medidas de controle: Sistemas de desligamento rápido


A energia produzida a partir de sistemas fotovoltaicos varia diretamente com o sol. Para reduzir o risco de choque para técnicos e socorristas, precisamos de uma maneira de desligar essas cordas durante um curto-circuito ou queda de energia.


O Código Elétrico Nacional (NEC) de 2017, Seção 690.12, exige o “desligamento rápido” dos sistemas fotovoltaicos dentro e fora do limite do painel fotovoltaico.


De acordo com a seção 690.2 desse código, o limite do painel fotovoltaico é um conjunto mecanicamente integrado de módulos ou painéis com uma estrutura de suporte e fundação, rastreador e outros componentes, que formam uma unidade de produção CC ou CA.


Isso inclui condutores controlados localizados dentro do limite ou até um metro do ponto onde eles penetram na superfície do edifício.


A partir de 2019, o NEC tornou esses requisitos mais rigorosos, exigindo:


Módulos e peças condutivas expostas dentro do limite do painel fotovoltaico devem ser reduzidos para 80 V em 30 segundos.


Os condutores localizados fora do limite da matriz devem ser limitados a 30 V em 30 segundos.


Os dispositivos de desligamento rápido devem estar localizados na desconexão de serviço ou deve haver um interruptor especial de desligamento rápido.


Há uma exceção para sistemas controlados por eletrônica de potência em nível de módulo - como microinversores e otimizadores de energia - que reduzem a tensão.


Matrizes sem partes condutivas expostas e localizadas a mais de 2,5 metros de partes condutivas aterradas expostas não precisam estar em conformidade.


Além disso, muitas jurisdições nos EUA exigem que as matrizes fotovoltaicas do telhado tenham contratempos que permitam que os bombeiros acessem o sistema.


Por exemplo, o Código de Incêndio Residencial da Califórnia exige que os módulos fotovoltaicos estejam a pelo menos um metro da cumeeira do telhado.



2. Falhas de arco que provocam incêndios


Como em qualquer sistema elétrico, o incêndio é sempre um perigo potencial. Talvez uma das causas mais comuns sejam as falhas de arco elétrico, que são descargas de eletricidade de alta potência entre dois ou mais condutores.


O calor causado por esta descarga pode causar a deterioração do isolamento do fio e, assim, provocar uma faísca ou “arco” que provoca um incêndio.


Os sistemas fotovoltaicos estão sujeitos a falhas de arco em série causadas por uma interrupção na continuidade de um condutor ou falhas de arco paralelo causadas por corrente não intencional entre dois condutores, geralmente devido a uma falha de aterramento.


Medidas de controle: Interruptores de circuito de falha de arco


Uma falha de arco pode levar a um curto-circuito ou falha de aterramento, mas pode não ser forte o suficiente para acionar um disjuntor ou um interruptor de circuito de falha de aterramento (GFCI).


Para proteger contra falhas de arco, você precisa instalar uma saída de interruptor de circuito de falha de arco (AFCI) ou um disjuntor AFCI. Os AFCIs detectam correntes de arco perigosas de baixo nível e desligam o circuito ou a tomada para reduzir as chances de uma falha de arco provocar um incêndio elétrico.


A Seção 690.11 da NEC exige que os sistemas fotovoltaicos operando a 80 V CC ou mais entre quaisquer dois condutores sejam protegidos por um AFCI fotovoltaico listado ou componente de sistema equivalente.


O sistema de proteção precisa ser capaz de detectar falhas de arco resultantes de uma falha na continuidade pretendida de um condutor, módulo de conexão ou outro componente nos circuitos CC do sistema fotovoltaico.



3. Arco elétrico levando a explosões


Arranjos fotovoltaicos de grande escala com níveis médios e altos de tensão são suscetíveis ao arco voltaico.


Isso é especialmente verdadeiro quando um técnico está verificando falhas em caixas combinadas energizadas, onde os circuitos de fonte PV são combinados em paralelo para aumentar a corrente, e ao verificar transformadores e comutadores de média a alta tensão.


Um arco voltaico libera gases quentes e energia radiante concentrada até quatro vezes a temperatura da superfície do sol—até 35.000° F (~19.500° C).


Ocorre quando uma grande quantidade de energia está disponível para uma falha de arco, tanto em condutores CC quanto em CA.


O arco elétrico é um problema para sistemas acima de 400 V, portanto, tanto os inversores residenciais que normalmente têm uma tensão de entrada máxima de 500 V quanto os inversores de grande escala que têm um máximo de 1.500 V estão em risco.


Antes do advento dos sistemas de energia solar em grande escala, o arco voltaico era considerado apenas um problema CA, pois a tensão CC era limitada a aplicações fora da rede, onde baterias de menos de 100 V eram usadas.


O padrão 70E da Associação Nacional de Proteção contra Incêndios (NFPA) exige que uma análise de risco de arco elétrico seja conduzida e o equipamento de proteção individual (PPE) seja usado para sistemas CC acima de 100 V.



Medidas de controle: mitigação do lado AC e DC


A mitigação do arco elétrico em sistemas fotovoltaicos é dividida em CC (antes do inversor) e CA (depois do inversor). A mitigação do lado CC para grandes painéis solares (100 kW +) é especialmente importante na caixa do combinador, onde várias cadeias de painéis solares são combinadas em paralelo para aumentar a corrente.


Para reduzir o potencial de arco elétrico, os sistemas de grande escala podem usar vários inversores de string que podem conectar vários strings em paralelo, em vez de usar um ou dois grandes inversores centrais que requerem caixas combinadoras.


A mitigação do lado CA inclui comutadores resistentes a arco, que redirecionam a energia do arco voltaico através da parte superior do gabinete, longe do pessoal e do equipamento.


Escolha o equipamento de teste solar correto


Proteger seus trabalhadores e seu sistema fotovoltaico de riscos elétricos requer a adesão a práticas de trabalho seguras e a garantia de que seu equipamento seja classificado para suportar esses riscos potenciais.


Isso significa que multímetros, cabos de teste e fusíveis devem ser classificados para a aplicação em que você está trabalhando. Aqui estão algumas orientações básicas:


Equipamento apropriado para CAT: Escolha um medidor classificado para a categoria de medição apropriada (classificação CAT) e o nível de tensão de sua aplicação.


Seu multímetro deve ser capaz de suportar níveis médios de tensão e picos e transientes de alta tensão que podem causar choque ou produzir um arco voltaico. Os sistemas de sobretensão da categoria III de 1500 V estão se tornando o novo normal em energia solar.


O alicate amperímetro solar True-RMS Fluke 393 FC é o único alicate amperímetro CAT III 1500 V/CAT IV 600 V TRMS que atende aos requisitos de isolamento para ambientes CAT III, como instalações solares.


Ele também possui recursos sem fio Fluke Connect™ , para que você possa monitorar as medições de uma distância segura em seu smartphone.


Considerações de alta altitude: Equipamentos CAT III e IV devem ser usados ​​para sistemas fotovoltaicos em grandes altitudes porque o ar se torna menos isolante e menos denso à medida que você sobe, o que diminui sua capacidade de resfriamento. Isso significa que a tensão de ruptura - a tensão mínima que faz com que um isolador se torne eletricamente condutivo - diminui com a altitude.



Por exemplo, para um intervalo de 1 centímetro entre os condutores, a tensão de ruptura seria de 30 kV ao nível do mar, 1,2 kV a 50.000 pés e 300 V a 150.000 pés.

Pontas de prova de alta qualidade: selecione pontas de prova com classificação CAT para corresponder ou exceder a classificação CAT do multímetro digital.


Substituições de fusíveis de alta energia: sempre substitua os fusíveis de alta energia por peças de mesma qualidade e classificação de amperagem. Esses fusíveis são projetados para manter a energia gerada por um curto-circuito contido no invólucro do fusível.


Eles salvam vidas e nunca devem ser substituídos por fusíveis genéricos mais baratos.

Sondas e acessórios de sonda: Use sondas retráteis, tampas de ponta de sonda ou sondas com pontas mais curtas para evitar o contato acidental de metal com metal e causar um curto-circuito.


Equipamento de proteção individual: Use EPI adequado, incluindo roupas com proteção contra arco elétrico, luvas, óculos de segurança ou óculos de proteção, proteção auditiva e calçados de couro conforme necessário para a voltagem em que você está trabalhando.


A Tabela 130.7(C)(15)(c) do Padrão 70E da NFPA de 2018 identifica uma lista completa de categorias de EPI e as roupas apropriadas para cada classificação.


Estes são apenas os destaques de como trabalhar com mais segurança com sistemas fotovoltaicos.


Certifique-se de seguir todos os padrões e regulamentos de segurança relevantes, as instruções dos fabricantes e os procedimentos de segurança de sua empresa ao testar ou fazer manutenção em qualquer equipamento elétrico.


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