Riscos e soluções de segurança em sistemas fotovoltaicos - conheça o código NEC

Por João Paulo de Souza

Em sintonia com o último artigo, nessa semana vamos explicar como os sistemas fotovoltaicos em países com maior maturidade e longo histórico de utilização no setor – caso dos EUA – se tornaram mais seguros para bombeiros e trabalhadores do mercado de energia solar. Fruto principalmente das últimas atualizações do código NEC (National Electric Code).

Mas vamos lá, eis nosso primeiro questionamento.

O que países como os EUA fizeram para tratar dos riscos diretos e indiretos durante e após a instalação de um sistema fotovoltaico?

Depois de receber um número crescente de solicitações de bombeiros para obter informações sobre a melhor forma de se protegerem, a NFPA (National Fire Protection Association) obteve financiamento do Departamento de Segurança dos EUA para realizar um projeto de pesquisa. Um relatório publicado em 2010 descreveu não apenas os riscos, mas as melhores práticas para resposta em casos de emergência.

Um ano depois, o grupo de testes de segurança da UL (Underwriters Laboratories) seguiu com uma extensa pesquisa de laboratório em seu campus em Northbrook, Illinois. A organização testou uma série de materiais para responder à emergências de incêndio em sistemas fotovoltaicos e publicou um relatório abrangente lançado em 2011.

O NEC

O NEC (National Electric Code) é de propriedade da NFPA. Seu processo de elaboração reúne voluntários que representam pontos de vista e interesses variados para tratar sobre questões e outros problemas de segurança. Os códigos, normas, práticas recomendadas e guias da NFPA são desenvolvidos por meio de um processo consensual e aprovados pelo ANSI (American National Standards Institute).

O que são os Requisitos de Desligamento Rápido – Rapid Shutdown?

O NEC adotou provisões para o desligamento rápido no código de 2014. Em geral, os bombeiros são treinados para subir em um telhado e ventilar a estrutura. Eles podem criar uma abertura no telhado usando um machado, uma motoserra ou alguma outra ferramenta que permita que os gases quentes saiam. Assim, é possível analisar como o fogo está se comportando internamente ou também fornecer ar fresco para qualquer ocupante da edificação e mantê-los conscientes.

As janelas podem ser usadas para ventilação, mas uma das técnicas básicas é a ventilação da parte superior do telhado. Agora, todavia, temos uma barreira física que está eletrificada quando o sol está brilhando - e com muitos condutores vivos por baixo. A razão pela qual os requisitos de desligamento rápido foram trazidos para o NEC foi para fornecer algum conhecimento sobre o que está acontecendo nesta área onde estão instalados os sistemas fotovoltaicos.

Todavia, para condutores, os requisitos do NEC 2014 são aplicados apenas fora do limite do arranjo fotovoltaico. Então, o código NEC 2017 surgiu a partir da necessidade de se aplicar requisitos para condutores dentro e fora do limite do arranjo fotovoltaico.

Seguem alguns dos requisitos presentes no NEC 2017:

1) Seção 110.16 (B) Marcação de Risco de Arco
2) Seção 210.8 (B) Proteção e Interrupção de Circuito de Falta à Terra (GFCI)
3) Seção 210.12 Proteção e Interrupção de Arco
4) Seção 240.87 Redução de Energia do Arco

Até aqui falamos que o NEC 2014 foi o primeiro código a estabelecer requisitos de desligamento rápido para sistemas fotovoltaicos. Também falamos do NEC 2017, o qual foi um aprimoramento. Contudo, nos EUA, um código não anula ou substitui o outro. Como a maioria das leis americanas é de competência dos respectivos estados, portanto, a definição sobre os códigos a serem seguidos compete a cada unidade federada. O mapa a seguir mostra qual código é seguido em cada estado.

Como pode notar, o NEC 2017 já está em vigor em muitos mercados.

A figura a seguir ilustra, à esquerda, o NEC 2014:

Há uma borda de 3m ao redor do arranjo fotovoltaico. Ela dá uma noção ao atendente da emergência de que tudo dentro daquela fronteira pode estar energizado, com uma tensão de 600 a 1000V. Tudo fora daquele limite de 3m deve ser desenergizado assim que o desligamento rápido for iniciado. Os condutores dentro da estrutura do telhado (até 1,5m), ainda podem estar energizados. O restante dos condutores deve ter as tensões reduzidas a menos de 30V em menos de 30 segundos.

A figura dá aos bombeiros apenas algum conhecimento sobre o que está acontecendo, em vez de ser uma caixa-preta. Agora ele sabe que há uma zona com potencial para eletrocussão e que existe uma zona mais segura e sem potencial para eletrocussão.

Então, vamos passar agora para o lado direito da Figura. O que há de diferente no NEC 2017? A mesma lógica se aplica para o novo código.

Temos duas zonas e sabemos o que está acontecendo em ambas. O limite diminuiu um pouco e passou de 3m para 30cm a partir do limite do arranjo para disponibilizar muito mais espaço para os bombeiros realizarem suas operações.

O limite também permite que os bombeiros saibam que aquela zona estará desenergizada quando o desligamento rápido for iniciado e, então, dentro desse limite, a tensão deve estar limitada a níveis seguros.

O comprimento do condutor dentro da edificação também mudou e há um pequeno hemisfério a apenas 90cm do ponto de entrada. Portanto, fora dessa zona, tudo é essencialmente o mesmo que era em 2014, ou seja, menos de 30V em menos de 30 segundos.

Embora esses requisitos tenham sido escritos no código de 2017, foi concedido um prazo para adaptação da indústria.

Em janeiro de 2019, entraram em vigor três opções para dentro do limite do arranjo:

1. Limitar a tensão para < 80V - Usando MLPE listado;
2. Obter todo o arranjo listado ou rotulado no campo como um “arranjo fotovoltaico de desligamento rápido" por um NRTL (Nationally Recognized Testing Laboratories);
3. Nenhum condutor exposto ou metal a 8 pés (2,45m) de distância de peças aterradas - BIPV (sem metal exposto) - Building-Integrated Photovoltaics.

E por aqui?

A boa notícia vem agora. No Brasil, já existem produtos que atendem ao NEC 2017 limitando-se à extra baixa tensão que é primeira opção. A categoria MLPE, representada pelos microinversores e inversores simplificados com otimizadores de potência, é a categoria que atende completamente aos requisitos do NEC 2017 e, consequentemente, o NEC 2014. E você sabia que a Ecori Energia Solar é uma empresa brasileira que já nasceu com esse DNA de MLPE e se dedica exclusivamente à esta categoria de produtos de modo a oferecer uma maior segurança e os menores passivos para seus clientes?

Não é à toa que, nos Estados Unidos até o ano de 2017, a categoria MLPE representava mais de 80% das instalações fotovoltaicas residenciais e metade das instalações comerciais.

Fonte: https://www.pv-magazine.com/2018/09/20/united-states-solar-installation-costs-declined-5-to-11-in-2017-little-so-far-in-2018/

Ao não optarem por utilizar tecnologia da categoria MLPE, os instaladores de inversores de string enfrentarão a maior mudança e os maiores desafios nos mercados fotovoltaicos de telhados. Isto porque restarão as duas outras opções citadas acima.

Inversores de string comerciais montados dentro do limite do arranjo podem não estar em conformidade com o NEC 2017, a menos que tenham sido “listados para fornecer proteção rápida contra desligamento.”

Eles terão, por exemplo, caixas de junção de terceiros que requerem integração e listagem de módulos ou soluções autônomas de terceiros, as quais exigem testes e listagens. Além disso, todos os inversores ou módulos podem não ser compatíveis ou listados para uso. Resumindo, a mudança para otimizadores ou microinversores é o caminho mais fácil nesse mercado e os números estão aí para comprovar.

Conclusão

Os inúmeros benefícios que a categoria MLPE intrinsecamente traz agregam valores que ninguém pode pagar. Quanto vale a vida do seu cliente, de seus funcionários ou da sua família? Precisamos ter que esperar que aconteça alguma tragédia envolvendo um sistema fotovoltaico para aprimorar nossos requisitos de segurança no Brasil? Se alguém lhe disser que em uma instalação de sistema fotovoltaico você poderia escolher entre ter ou não ter as seguintes opções abaixo:

1. Não há alta tensão durante a instalação ou manutenção;
2. Otimizadores de potência e cabos CC desligam automaticamente após uma falha;
3. Otimizadores de potência e cabos CC desligam automaticamente quando o inversor está desligado ou desconectado;
4. Proteção contra arco integrado (Tipo 1) em conformidade com o NEC 2011-2017 690.11;
5. Funcionalidade integrada de Desligamento Rápido Automático em conformidade com o NEC 2014-2017 690.12;
6. Funcionalidade de desligamento rápido automático para suporte de energia de backup;
7. O desligamento rápido é iniciado automaticamente após a perda de energia CA;
8. Ambos os circuitos de CC e de CA são projetados para atingir uma tensão menor que 30V em até 30 segundos;
9. Simplifica o projeto e, consequentemente, reduz os custos;
10. Permite a montagem de inversores internos ou externos;
11. Apresenta os menores passivos.

Qual seria sua escolha de valor?

  Por: João Paulo de Souza

Responsável técnico da Ecori Energia Solar, especialista em sistemas fotovoltaicos com tecnologia MLPE. Possui mestrado em Engenharia Eletrônica e Computação pelo Instituto Tecnológico de Aeronáutica - ITA, graduação em Engenharia Elétrica Industrial e curso técnico-profissionalizante em Eletrotécnica Industrial pelo Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Maranhão - IFMA. Membro do Comitê Técnico Brasileiro de Sistemas de Conversão Fotovoltaicas de Energia Solar ABNT/CB-003. Engenheiro de sistemas aeroespaciais na Binacional Alcântara Cyclone Space (ACS). Foi pesquisador colaborador no Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE). Trabalhou na montagem do Laboratório de Identificação, Navegação, Controle e Simulação (LINCS) no IAE.