Falha de isolamento em um SFCR, e agora?

Já se deparou com esse desafio na sua instalação? Esse é um desafio que pode acontecer em instalações de sistema fotovoltaicos e vamos explicar aqui o que significa, como ocorre e como podemos resolver esse desafio.

Em sistemas fotovoltaicos que utilizam inversor de tecnologia sem transformador (transformerless), o circuito CC é isolado do terra (PE). Módulos fotovoltaicos com falha de isolamento, fios não blindados ou conexões ruins podem causar o “vazamento” de corrente CC no aterramento. Correntes de fuga excessivas podem representar risco de choque elétrico, danificar equipamentos e prejudicar o desempenho do sistema. Por isso, a realização de ensaios é fundamental para garantir a segurança e a funcionalidade de equipamentos elétricos, entre eles o inversor fotovoltaico, uma vez que permite a identificação de qualquer alteração que possa comprometer seu uso, oferecer risco ou causar acidentes. A avaliação do sistema isolante consiste em uma das principais ferramentas para determinar a condição operacional dos equipamentos elétricos.

Como ocorre uma falha de isolamento?

Quanto maior é o valor de resistência de isolamento, melhor é a qualidade do isolamento do condutor. Com o passar do tempo, a resistência de isolamento dos condutores diminui naturalmente, devido a fatores ambientais, tais como temperatura, luz solar, insetos, impactos ou vibração.  Adicionalmente, danos ao isolamento dos condutores podem ser resultado de uma instalação inadequada. A isolação ou “blindagem” do condutor elétrico pode ser danificada durante a crimpagem e encaixe dos conectores ou no processo de acondicionamento da fiação nas eletro calhas ou dutos de passagem. Com isso, pode ocorrer um curto-circuito entre o circuito CC e o terra. Isso é o que chamamos de falha de isolamento. Além disso, uma falha de isolamento também pode ser observada se a umidade do local estiver muito alta, por isso é comum ocorrer essa falha em dias chuvosos ou após um longo período de chuvas. Esses fatores fazem ocorrer alterações da capacitância do isolamento, da resistência total, das perdas superficiais e da temperatura do material.

A mensagem de alerta que aparece na tela do inversor é "erro de isolamento" ou "falha de isolamento". Por razões de segurança, enquanto existir esta falha, o inversor não converterá nenhuma energia, pois pode haver corrente com risco de vida nas partes condutoras do sistema. Enquanto houver apenas uma conexão elétrica entre o DC e o terra (PE), não haverá perigo imediato uma vez que o sistema não está fechado e nenhuma corrente pode fluir através dele. Mas é preciso resolver isso rapidamente, pois existem riscos visto que um segundo curto-circuito à terra, cria uma corrente de curto-circuito através dos módulos e da fiação. Isso aumentará o risco de incêndio em sistemas fotovoltaicos com inversores comuns. Além do que tocar nos módulos FV pode causar ferimentos físicos graves. Esses riscos são nulos em sistemas com tecnologia MLPE, visto que não existem strings de módulos.

Ensaio de resistência de isolamento

A resistência de isolamento é a medida que mostra a dificuldade oferecida à passagem de corrente pelos materiais isolantes. O ensaio consiste em aplicar uma tensão em corrente contínua, com valores que variam de acordo com o equipamento a ser testado, em um SFCR em geral utiliza-se a tensão de 500V, mas é sempre importante verificar com o fabricante qual é a especificação de teste para cada equipamento.

A norma técnica ABNT NBR 5410 - Instalações elétricas de baixa tensão determina que os ensaios de resistência de isolamento da instalação elétrica devem ser realizados, quando pertinentes. A norma técnica ABNT NBR 16274 - Sistemas fotovoltaicos conectados à rede – Requisitos mínimos para documentação, ensaios de comissionamento, inspeção e avaliação de desempenho determina que deve ser aplicado o ensaio de resistência de isolamento dos circuitos CC.

É importante salientar que as normas disponíveis sobre este assunto estabelecem que este ensaio não é um critério para aprovação ou rejeição do equipamento. Na verdade, é um ensaio bastante útil para a verificação de curtos-circuitos, e deve especialmente ser feito durante o comissionamento de um SFCR e devidamente registrado em um relatório de comissionamento. Como medida preventiva os ensaios de resistência de isolamento podem ser feitos em um intervalo de 3 anos, ou conforme as circunstâncias exigirem.

Para a medição da resistência de isolamento utiliza-se um instrumento de medição chamado megôhmetro ou, popularmente, megger (o que, na realidade, é a marca de um fabricante). Os megôhmetros atuais podem ser analógicos ou digitais (motorizados ou eletrônicos), mas, também, podem ser manuais (com uma "manivela").

Para realizar um ensaio de resistência de isolamento, o inversor deve estar desligado. É necessário curto-circuitar os terminais positivo e negativo da string, colocar a ponta de prova positiva nesse curto-circuito e a ponta de prova negativa no terra e aplicar a tensão CC adequada. No entanto, é válido prestar muita atenção ao curto-circuitar os cabos em sistemas tradicionais de string. Este método apresenta uma forma precisa, porém perigosa, de medir a resistência de isolamento. A única alternativa quando se usa o método de curto-circuito é medir a resistência de isolamento durante a noite quando os módulos fotovoltaicos não estão gerando energia. Os sistemas com tecnologia MLPE apresentam uma vantagem na realização desse ensaio pois não tem o risco de ter alta tensão e corrente devido ao controle e segurança que os otimizadores dão ao SFCR.

Se a resistência de isolamento medida for menor que 600kΩ em um inversor monofásico ou menor que 1MΩ em um inversor trifásico, continue verificando os componentes dessa string para isolar a fonte do vazamento de corrente e encontrar a fonte da falha de isolamento para devidamente corrigi-la.

Desafio resolvido!

Detectar, encontrar e resolver a falha de resistência de isolamento em um SFCR pode parecer um desafio no início, mas seguir as orientações do fabricante do módulo ou inversor com certeza é a melhor opção. Também estudar e colocar em prática o que as normas vigentes especificam sobre o assunto e manter um registro organizado dos documentos e relatórios do projeto fotovoltaico é algo que vai facilitar a resolução dessa falha caso venha a acontecer.

Opte sempre por equipamentos certificados e testados nesse quesito e preze pela qualidade dos equipamentos e serviços de instalação prestados. Dessa forma vamos manter a excelência em nossos tratos comerciais!

Referências bibliográficas:

• Associação Brasileira de Normas Técnicas, ABNT NBR 5410:2004 - Instalações Elétricas de Baixa Tensão, 2004.
• Associação Brasileira de Normas Técnicas, ABNT NBR 16274:2014 - Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede — Requisitos Mínimos para Documentação, Ensaios de Comissionamento, Inspeção e Avaliação de Desempenho, 2014.
• SolarEdge, Application Note – Isolation Fault Troubleshooting, fevereiro, 2019.
• S.Pingel, O.Frank,  M.Winkler,  S.  Oaryan, T. Geipel, H.  Hoehne and J.  Berghold, 35 th, IEEE Photovoltaic Specialists Conference (PVSC), (2010), pp. 2817–2822.
• Ensaio de Resistência de Isolamento FV: O que é e por que realizá-lo? Por João Paulo de Souza, Ecori, 13 de Junho de 2019, artigos.
• Fasciculo sobre Manutenção elétrica, Capítulo VII Ensaios de resistência de isolamento e de rigidez dielétrica – Por Marcelo Paulino, 2014.
• National Renewable Energy Laboratory – NREL, Field Guide for Testing Existing Photovoltaic Systems for Ground Faults and Installing Equipment to Mitigate Fire Hazards, October, 2015.