7.7 Sistema Fotovoltaico
7.7.11 Dimensionamento parte AC
De forma a dimensionar a secção dos cabos do lado AC, é necessário ter em atenção que este lado é formado pelas ligações do inversor ao armário de distribuição e pela ligação do armário de distribuição ao quadro geral de baixa tensão.
O primeiro passo é calcular a corrente de serviço da canalização e aplicar a condição de aqueci- mento.
IB≤ IZ onde IZ= fc× IZ0 (7.39)
• IZé a máxima corrente admissível na canalização para as condições de instalação existente,
condições essas que são traduzidas pelo fator de correção fc;
• IZ0 é a máxima corrente admissível do cabo dada pelas tabelas que se encontram no RTIEBT[51] do quadro 52-c1 a 52-c30.
Neste projeto foi determinado que as canalizações que ligam AD aos inversores encontram-se à vista e fixadas diretamente na parede e as canalizações que ligam o AD ao QGBT são enterradas sem fixação. Consultando o RTIEBT, no quadro 52-G é possível obter as referências para o con- junto de quadros 52-C1 a 52-C30 de forma a determinar a secção mínima da fase SF que satisfaça a condição. É necessário ter ainda em conta que existem secções mínimas declaradas pela RTI- EBT, sendo que não se usam secções menores que 10 milímetros quadrados de alma condutora de alumínio e que 6 milímetros quadrados de alma condutora de cobre em ramais.
Em seguida é necessário aplicar as condições de proteção contra sobrecargas.
IB≤ IN≤ IZ (7.40)
I2≤ 1, 45IZ (7.41)
Onde:
• IN- corrente estipulada dos fusíveis ou disjuntores;
• I2- corrente convencional de funcionamento dos fusíveis ou disjuntores;
Estes valores podem ser consultados no Quadro 5.1 do RSRDEEBT para os fusíveis e no quadro 22 do documento Tabelas, Regras e Dados diversos para os dijuntores.[52]
7.7 Sistema Fotovoltaico 113
Uma vez determinadas as secções de fase dos cabos e o calibre das proteções, são definidas em seguida as secções dos neutros, SN.
É necessário ainda aplicar a condição de queda de tensão.
4U ≤ 4UN (7.42)
4U = rf(oC) × L × Ib (7.43)
Onde:
• 4U- queda de tensão, a qual não deve exceder 1%;
• rf- resistência linear do condutor de fase para a temperatura máxima de funcionamento,
sendo que foi calculado para Isolamento PVC e XLPE; • Ib- corrente de serviço da canalização;
Foram realizadas 4 tipos de soluções de dimensionamento, utilizando diferentes tipos de alma condutora e de material do isolamento, os quais podem ser vistos nas tabelas seguintes.
Tabela 7.43: PVC Cobre
Solução IB(A) In(A) IZ(A) I2(A) 1,45IZ(A) Sf ase Rf ase(Ω) Rf ase(20oC) 4U (%)
Inv.1 - AD 36,2 40 76 58 110,2 16mm2 0,11787 0,0984Ω 0,7357 Inv.2 - AD 36,2 40 76 58 110,2 16mm2 0,09168 0,0765Ω 0,57223 Inv.3 - AD 36,2 40 57 58 82,65 10mm2 0,0838 0,07Ω 0,5231 Inv.4 - AD 36,2 40 41 58 59,45 6mm2 0,01746 0,01458 Ω 0,109 AD - QGBT 144,8 160 172,8 256 266,8 70mm2 0,00898 0,0075 Ω 0,22422 Tabela 7.44: PVC Alumínio
Solução IB(A) In(A) IZ(A) I2(A) 1,45IZ(A) Sf ase Rf ase(Ω) Rf ase(20oC) 4U (%)
Inv.1 - AD 36,2 40 73 58 105,85 25mm2 0,12295 0,10332 Ω 0,76738 Inv.2 - AD 36,2 40 73 58 105,85 25mm2 0,09563 0,08036 Ω 0,59685 Inv.3 - AD 36,2 40 59 58 85,55 16mm2 0,08538 0,07175 Ω 0,5329 Inv.4 - AD 36,2 40 59 58 85,55 16mm2 0,01067 0,00897 Ω 0,0661 AD - QGBT 144,8 160 179 256 259,55 120mm2 0,00854 0,007175 Ω 0,21316
Tabela 7.45: XLPE Cobre
Solução IB(A) In(A) IZ(A) I2(A) 1,45IZ(A) Sf ase Rf ase(Ω) Rf ase(20oC) 4U (%)
Inv.1 - AD 36,2 40 96 58 139,2 16mm2 0,1256 0,09843 Ω 0,78426
Inv.2 - AD 36,2 40 96 58 139,2 16mm2 0,09773 0,07656 Ω 0,60998 Inv.3 - AD 36,2 40 71 58 102,95 10mm2 0,08936 0,04375 Ω 0,5577 Inv.4 - AD 36,2 40 52 58 75,4 6mm2 0,01862 0,07 Ω 0,11619 AD - QGBT 144,8 160 203,2 256 294,64 70mm2 0,00957 0,0075 Ω 0,23901
Tabela 7.46: XLPE Alumínio
Solução IB(A) In(A) IZ(A) I2(A) 1,45IZ(A) Sf ase Rf ase(Ω) Rf ase(20oC) 4U (%)
Inv.1 - AD 36,2 40 112 58 162,4 35mm2 0,09343 0,0738 Ω 0,58314 Inv.2 - AD 36,2 40 90 58 130,5 25mm2 0,10174 0,08036 Ω 0,63497 Inv.3 - AD 36,2 40 76 58 110,2 16mm2 0,09084 0,07175 Ω 0,56694 Inv.4 - AD 36,2 40 76 58 110,2 16mm2 0,01135 0,008968 Ω 0,07087 AD - QGBT 144,8 160 187,2 256 271,44 95mm2 0,01079 0,00906 Ω 0,26926
Analisando as tabelas é possível verificar que as secções dos cabos condutores mínimas variam conforme as soluções, sendo que, através de cabos com alma condutora de cobre obtém-se secções menores comparativamente aos cabos com condutores de alumínio.
Através da análise dos preços dos vários tipos de cabos da empresa Cabelte[53] verifica-se que a solução mais económica é atingida através da utilização de cabos com condutores em alumínio e isolamento em XLPE. Neste projeto serão utilizados cabos com condutores em cobre e isolamento em XLPE, uma vez que o cliente assim o deseja.
Em seguida é necessário verificar as condições de proteção contra curto-circuitos. As prote- ções utilizadas neste projeto fotovoltaico são Fusíveis gG para proteção do QGBT e da canalização a montante dos ADs e Disjuntores para proteção da rede a jusante dos ADs.
7.7.11.2 Fusíveis
A expressão a ser empregue é a seguinte:
Poder de Corte= c× 230 ∑(RFtcc+ RNtcc)
(7.44) É portanto necessário os dados referentes às resistências de fase e de neutro para a Temperatura máxima em Curto-circuito, que para este caso é de 250 C, visto que o material de isolamento é o XLPE.
Tabela 7.47: Resistências de fase e de neutro para as temperaturas de 20 C e de 250 C
Sf ase Rf20C Sn RN20C KIsol Rf ase(TccIsol) Rneutro(TccIsol)
CP 6 mm2 0,014583 Ω 6 mm2 0,014583Ω 1,9085 0,02783229 Ω 0,02783229 Ω Ramal 70 mm2 0,0075 Ω 35 mm2 0,015Ω 1,9085 0,01431375Ω 0,0286275Ω
7.7 Sistema Fotovoltaico 115
Substituindo:
Poder de Corte= 0.95 × 230
∑(0, 01431375 + 0, 0286275) (7.45)
Poder de Corte= 5.088, 35A (7.46) Será portanto utilizado um fusível de 160A com um poder de corte de pelo menos 5,088kA. Recomenda-se a utilização do fusível da marca Hager LNH2160M6A, o qual tem uma intensidade nominal de 160A e um poder de corte de 80kA.[54]
7.7.11.3 Disjuntores
De modo a verificar a proteção contra curto-circuitos por disjuntores, é necessário proceder à simulação de três tipos diferentes de curto-circuitos:
• Curto-circuito Fase-Neutro (corrente mínima), o qual se calcula da seguinte forma.
Icc(minFN) =
0.95 × 230
∑((2 × 0, 027832292) + 0, 01431375 + 0, 0286275)
(7.47)
Icc(minFN) = 2.215, 89A (7.48)
• Curto-circuito Fase-Neutro (corrente máxima), o qual se calcula da seguinte forma.
Icc(maxFN) =
1 × 230
∑(0, 0075 + 0, 015) (7.49)
Icc(maxFN) = 10.222, 20A (7.50)
• Curto-circuito trifásico (corrente máxima), o qual se calcula da seguinte forma.
Icc(3F) =
c×Unk
Zk
(7.51) Considerando que a potência de curto-circuito é infinita, a corrente de curto-circuito máxima também será infinita, o que significa que a impedância a montante do QGBT é nula.
Zk= c×Unk Iccmax (7.52) Zk= c×Unk ∞ = 0 (7.53)
A corrente de base e tensão de base são calculadas da seguinte forma, sendo que Ubase=400V e Sbase=630KVA. IbaseBT = Sbase √ 3 ×UbaseBT =√630000 3 × 400= 909, 33A (7.54) ZbaseBT= UbaseBT2 Sbase = 0, 25397Ω (7.55)
Em seguida é necessário converter a Reatância de Fugas de Transformador para o sistema p.u.
Xp.u.= Xf ugas× Sbase Strans f ormador × (Utrans f ormadorBT UBaseBT )2 (7.56) Xp.u.= 0, 04 × 630000 630000× ( 400 400) 2= 0, 04p.u. (7.57)
Uma vez que os curto-circuitos trifásicos máximos são cálculados no inicio da canalização que se pretende proteger, é necessário passar os parâmetros do cabo que liga o QGBT ao AD para p.u. Rcabo= Rcabo ZbaseBT = 0.0075 0, 25397 = 0, 029531p.u. (7.58) Xcabo= Xcabo ZbaseBT = 0.02256 0, 25397= 0, 088829p.u. (7.59) Deste modo, a impedância equivalente a montante do AD é calculada da seguinte forma:
Zeq.(p.u.) = j0, 04 + 0, 029531 + j0, 088829 = 0, 029531 + j0, 128829p.u. (7.60)
Icc3Fmax=
1 × 1
|0, 029531 + j0, 128829|= 7, 566p.u. = 7, 4176 ∗ 909, 33 = 6.879, 99A (7.61) Verifica-se que a corrente de curto-circuito Fase-Neutro máximo é superior ao curto-circuito Trifásico máximo, sendo que o disjuntor terá que ter um poder de corte de pelo menos 10.222,20 A e uma corrente nominal de 40A. Recomenda-se a utilização do disjuntor de referência HMX440 com IN de 40A e com poder de corte de 50kA da marca Hager.[55]
7.7.11.4 Proteção Diferencial
Uma vez que as massas são ligadas à terra e os inversores não têm transformador de isola- mento, deve ser instalado um interruptor diferencial no lado AC. Devido a tipicamente existirem correntes residuais capacitivas na ordem dos 30mA em sistemas fotovoltaicos, este interruptor deve ter uma sensibilidade geral de 30mA e deverá possuir uma corrente nominal de 40A uma vez
7.7 Sistema Fotovoltaico 117
que os disjuntores que protegem o AD até aos inversores também são de 40A.
Recomenda-se o uso do equipamento da Hager, com referência CDC440A, Tetrapolar, com sensi- bilidade diferencial de 30mA.[56]