Dimensionar fusíveis e seccionadores em caixas de junção fotovoltaicas requer a aplicação da regra NEC 156%: multiplicar a corrente de curto-circuito da string (Isc) por 1,56 e, em seguida, selecionar a próxima classificação de fusível padrão. Este cálculo em duas etapas leva em consideração a operação em regime contínuo e os picos de irradiação. O dimensionamento adequado evita falhas no sistema, garante a conformidade com o código e protege contra riscos de incêndio em instalações solares.
Compreendendo Fusíveis e Seccionadores Fotovoltaicos
O Que São Fusíveis com Classificação Fotovoltaica?
Fusíveis fotovoltaicos—designados como classe gPV sob a norma IEC 60269-6—são dispositivos de proteção contra sobrecorrente especificamente projetados para aplicações de corrente contínua em sistemas solares. Ao contrário dos fusíveis CA padrão, os fusíveis gPV podem interromper com segurança as correntes de falta CC, que são notoriamente difíceis de extinguir devido à ausência de uma passagem natural por zero da corrente. Esses fusíveis suportam o ciclo térmico extremo da irradiação solar flutuante sem falha prematura. Eles são projetados para interromper de 1,35 a 1,45 vezes sua corrente nominal dentro de uma a duas horas, protegendo contra sobrecorrentes reversas quando uma string alimenta uma string paralela com defeito.
O Que São Seccionadores CC?
Desconexões DC são interruptores que isolam a saída da caixa de junção do equipamento downstream para manutenção e desenergização de emergência. A norma NEC 690.15 exige que esses seccionadores tenham classificação de interrupção de carga para aplicações em telhados, o que significa que eles podem abrir com segurança os circuitos sob corrente de carga total sem criar um flash de arco perigoso. Os interruptores de interrupção de carga incluem câmaras de extinção de arco e contatos classificados para a alta energia de arco de circuitos CC. Seccionadores sem interrupção de carga—isoladores simples—só podem ser operados após a desenergização do circuito e são inadequados para saídas de caixas de junção.
Metodologia de Dimensionamento de Fusíveis Passo a Passo
Passo 1: Calcular a Corrente de Curto-Circuito da String
Comece com a corrente de curto-circuito (Isc) do módulo da folha de dados. Os painéis modernos de alta eficiência variam de 9A a 18,5A, dependendo da classe de potência. Para strings com módulos em série, a Isc permanece constante (a conexão em série não adiciona corrente). Por exemplo, um módulo TOPCon de 580W com Isc = 14,45A em uma string de 10 módulos ainda produz 14,45A em curto-circuito.
Passo 2: Aplicar a Regra NEC 156%
O Artigo 690 da NEC exige dois multiplicadores consecutivos de 125%:
Primeiro multiplicador (NEC 690.8(A)(1)): Calcular a corrente máxima do circuito
- Corrente Máxima = Isc × 1,25
- Leva em consideração o “efeito de borda da nuvem”—quando a luz solar reflete nas bordas das nuvens, a irradiação pode exceder brevemente 1.000 W/m², elevando a corrente acima da Isc nominal.
Segundo multiplicador (NEC 690.9(B)): Dimensionar a proteção contra sobrecorrente para regime contínuo
- Classificação OCPD = Corrente Máxima × 1,25
- Os circuitos fotovoltaicos operam na saída máxima por mais de 3 horas diárias. Os dispositivos padrão suportam apenas 80% da corrente nominal continuamente, portanto, o fator 125% (inverso de 80%) evita disparos incômodos.
Cálculo combinado: Isc × 1,25 × 1,25 = Isc × 1,56
Passo 3: Selecionar a Classificação de Fusível Padrão
Arredonde para cima para o próximo tamanho de fusível padrão disponível: 10A, 15A, 20A, 25A, 30A. O fusível selecionado não deve exceder a classificação máxima do fusível em série do módulo (especificada na folha de dados, normalmente de 20A a 30A para a maioria dos painéis).
Exemplo: Isc da String = 14,45A
- Classificação mínima do fusível: 14,45A × 1,56 = 22,54A
- Fusível selecionado: 25A com classificação gPV
Passo 4: Dimensionar o Seccionador CC
Some as correntes máximas de todas as strings paralelas e, em seguida, aplique um fator de segurança de 125%:
Classificação do Seccionador = (Número de Strings × Isc × 1,25) × 1,25
Para 6 strings a 14,45A cada:
- Corrente total: 6 × 14,45A × 1,25 = 108,4A
- Classificação do seccionador: 108,4A × 1,25 = 135,5A
- Seccionador selecionado: 150A com classificação de interrupção de carga
Tabela 1: Exemplos de Dimensionamento de Fusíveis para Módulos Fotovoltaicos Comuns
| Potência do Módulo | Isc do Módulo | Classificação Mínima do Fusível (×1,56) | Fusível Padrão Selecionado | Máx. Strings por 30A Disjuntor |
|---|---|---|---|---|
| 400 W | 10,5A | 16,38A | 20A | 8 |
| 500W | 13,0A | 20,28A | 25A | 6 |
| 580W | 14,45A | 22,54A | 25A | 6 |
| 600W (TOPCon) | 18,5A | 28,86A | 30A | 4 |
| 750W (HJT) | 15,8A | 24,65A | 25A | 5 |
Tabelas de Dimensionamento de Referência Rápida
Configurações Padrão e Classificações de Seccionadores
Tabela 2: Dimensionamento do Seccionador por Configuração de String
| Número de Strings | Isc da String | Corrente Máxima Total (×1,25) | Corrente Mínima de Desconexão (×1,56) | Desconexão Recomendada |
|---|---|---|---|---|
| 4 | 10A | 50A | 62,4A | 80A |
| 6 | 10A | 75A | 93,6A | 100A |
| 8 | 10A | 100A | 124,8A | 150A |
| 4 | 14A | 70A | 87,4A | 100A |
| 6 | 14A | 105A | 131,0A | 150A |
| 8 | 14A | 140A | 174,8A | 200A |
NEC vs IEC: Principais Diferenças de Dimensionamento
Embora ambos os códigos priorizem a segurança, suas abordagens de dimensionamento diferem:
NEC 690.8/690.9 (América do Norte):
- Dimensionamento do fusível: Isc × 1,56 (156%)
- Justificativa: Serviço contínuo + picos de irradiação
- Exceção: Dispositivos classificados como 100% precisam apenas de um multiplicador de 1,25×
IEC 62548 (Internacional):
- Faixa de dimensionamento do fusível: 1,5 × Isc ≤ In ≤ 2,4 × Isc
- Mais flexível, permite otimização para condições específicas
- Redução de corrente por temperatura necessária acima de 45°C de temperatura ambiente
Tabela 3: Comparação de Códigos para String de 12A
| Padrão | Corrente Mínima do Fusível | Seleção Típica | Filosofia de Design |
|---|---|---|---|
| NEC | 18,72A (12A × 1,56) | 20A | Conservador, multiplicador único |
| CEI | 18,0A a 28,8A (12A × 1,5 a 2,4) | 20A a 25A | Faixa flexível baseada nas condições |
Critérios Críticos de Seleção
Requisitos de Corrente Nominal
As classificações de tensão do fusível e do dispositivo de desconexão devem exceder a tensão máxima de circuito aberto (Voc) do sistema na temperatura ambiente esperada mais baixa.
Cálculo: Voc_max = Voc do Módulo × Número de Módulos em Série × Coeficiente de Temperatura
- A -40°C: 49V × 10 × [1 + 0,0027 × (25 – (-40))] = 576V
- Classificação necessária: 600V mínimo (padrão: 600V, 1000V, 1500V). A IEC 60269-6 recomenda uma classificação de tensão do fusível ≥ 1,2 × Voc_max para uma margem de segurança adicional.
Capacidade de interrupção (capacidade de ruptura)
A capacidade de interrupção CC (Icn ou Icu) deve exceder a corrente de falta prospectiva máxima no ponto de instalação. Para entradas de caixas de junção, esta é normalmente a Isc combinada de todas as outras strings paralelas. Para 8 strings a 14A cada:
- Corrente de falta prospectiva: 7 × 14A = 98A (pior caso: 7 strings saudáveis alimentam 1 string com falha)
- Icu necessário: ≥ 150A (fusíveis gPV padrão: 200A a 1500A Icu)
Redução de Temperatura
As caixas de junção sob luz solar direta podem atingir temperaturas internas de 65°C a 75°C. A maioria dos fusíveis gPV são classificados para 40°C ambiente. Acima disso, a capacidade de corrente diminui:
- A 50°C: Reduzir para 95% da corrente nominal
- A 60°C: Reduzir para 90% da corrente nominal
- A 70°C: Reduzir para 85% da corrente nominal
Se o seu fusível de 20A operar a 65°C ambiente, a corrente efetiva = 20A × 0,87 = 17,4A. Verifique se isso excede o seu mínimo calculado.
Tabela 4: Lista de Verificação de Seleção de Componentes
| Selection Factor | Requisito de Especificação | Referência de código | Método de Verificação |
|---|---|---|---|
| Corrente nominal do fusível | ≥ Isc × 1,56 (NEC) ou 1,5-2,4 (IEC) | NEC 690.9(B), IEC 62548 | Isc da folha de dados × multiplicador |
| Tensão nominal do fusível | ≥ 1,2 × Voc_max na temperatura mínima | IEC 60269-6 | Voc do módulo × contagem em série × fator de temperatura |
| Classe de fusível | Classificação gPV (IEC 60269-6) | NEC 690.9(D) | Verifique a marcação “gPV” |
| Fusível máximo em série | ≤ Corrente nominal máxima do fusível do módulo | Folha de dados do módulo | Verifique a placa de identificação |
| Corrente de desconexão | ≥ Isc Total × 1,56 | NEC 690.13 | Somar todas as correntes de string |
| Tipo de desconexão | Com capacidade de interrupção de carga (telhado) | NEC 690.15 | Verificar a certificação de interrupção de carga |
| Capacidade de interrupção | ≥ Corrente máxima de falha | NEC 690.9(C) | Calcular a contribuição da string paralela |
| Classificação de temperatura | Considerar a redução da taxa de temperatura ambiente | IEC 60269-6 | Medir a temperatura interna da caixa de combinação |
Erros Comuns de Dimensionamento a Evitar
Erro 1: Usar Fusíveis Classificados para CA em Aplicações CC
Os fusíveis CA não podem interromper com segurança as correntes CC. Os arcos CC não se autoextinguem no cruzamento de corrente zero (não há nenhum em CC). Sempre especifique fusíveis com classificação gPV com classificações de tensão CC que correspondam ao seu sistema.
Erro 2: Subdimensionamento para Serviço Contínuo
Aplicar apenas o primeiro multiplicador de 125% (Isc × 1,25) sem o segundo resulta em um fusível classificado para apenas 80% de serviço contínuo. O dispositivo superaquecerá e falhará prematuramente durante as horas de pico de sol. Sempre use o fator total de 156% a menos que use dispositivos com classificação de 100%.
Erro 3: Ignorar a Classificação Máxima do Fusível em Série do Módulo
Mesmo que os cálculos sugiram um fusível de 30A, se a folha de dados do módulo limitar os fusíveis em série a 20A, você deve usar 20A. Exceder este valor anula as garantias e cria risco de incêndio. Solução: reduza as strings por combinador ou use módulos com classificações de fusível mais altas.
Erro 4: Cálculo Errado da String Paralela
Ao dimensionar a desconexão principal do combinador, some as correntes máximas (Isc × 1,25) de todas as strings e, em seguida, aplique o segundo multiplicador de 125%. Não aplique 156% a cada string separadamente — o primeiro multiplicador é por string, o segundo é para o OCPD combinado.
Incorreto: (String 1: 10A × 1,56) + (String 2: 10A × 1,56) = 31,2A
Correto: [(10A + 10A) × 1,25] × 1,25 = 31,25A
Erro 5: Superdimensionamento para “Expansão Futura”
Instalar um fusível de 60A para uma string de 10A “por precaução” elimina a proteção contra sobrecorrente. O fusível não abrirá durante condições de falha reversa, permitindo danos ao cabo ou incêndio. Dimensione os fusíveis para a corrente real da string; atualize as caixas de combinação ao adicionar capacidade.
Perguntas Frequentes
P: Qual o tamanho do fusível que preciso para uma string com 10,5A Isc?
R: Classificação mínima do fusível = 10,5A × 1,56 = 16,38A. Selecione o próximo tamanho padrão: Fusível de 20A com classificação gPV. Verifique se isso não excede a classificação máxima do fusível em série do módulo na folha de dados.
P: Posso usar fusíveis CA padrão em uma caixa de combinação CC?
R: Não. Os fusíveis CA não têm a capacidade de interrupção CC para eliminar com segurança as falhas CC. Os arcos CC se sustentam indefinidamente sem cruzamento de corrente zero. Sempre use fusíveis com classificação gPV (IEC 60269-6) com classificações de tensão CC que correspondam à tensão do seu sistema.
P: Qual é a diferença entre o dimensionamento de fusíveis NEC e IEC?
R: O NEC exige um multiplicador fixo de 156% (Isc × 1,56) para contabilizar o serviço contínuo e os picos de irradiação. A IEC 62548 permite uma faixa de 1,5× a 2,4× Isc, permitindo que os projetistas otimizem para temperaturas ambientes e características do módulo específicas. Ambos garantem a segurança, mas oferecem flexibilidade diferente.
P: Como dimensiono um combinador para expansão futura de string?
R: Dimensione os fusíveis para a corrente real das strings instaladas. Para a desconexão e os barramentos, você pode superdimensionar com base na capacidade planejada. Exemplo: Instale fusíveis de 20A para o sistema atual de 4 strings (14A Isc), mas use uma desconexão de 150A e um barramento de 6 posições para acomodar a adição de mais 2 strings posteriormente sem substituir o invólucro.
P: Preciso de desconexões com capacidade de interrupção de carga para todas as caixas de combinação?
R: O NEC 690.15 exige desconexões com capacidade de interrupção de carga para caixas de combinação localizadas em telhados. Os combinadores ao nível do solo podem usar isoladores sem interrupção de carga se o sistema tiver uma desconexão principal com interrupção de carga em outro lugar. Sempre verifique com sua Autoridade Competente Local (AHJ), pois as interpretações variam.
Garanta a Segurança do Sistema a Longo Prazo
O dimensionamento adequado do fusível e da desconexão protege seu investimento em FV e garante anos de operação segura e confiável. Aplique a regra NEC de 156% (Isc × 1,56) para fusíveis, selecione a próxima classificação padrão, verifique em relação aos limites máximos do fusível em série do módulo e dimensione as desconexões para a corrente combinada total. Em caso de dúvida, consulte os padrões mais recentes do Artigo 690 do NEC e IEC 62548.
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