Como uma usina fotovoltaica reduz o tempo de inatividade da cadeia em 60% com um porta-fusível de 1000 V CC

Histórico do cliente

Uma usina fotovoltaica (PV) de 45 MW localizada em uma região desértica de alta altitude estava enfrentando falhas recorrentes em suas caixas combinadoras CC. A instalação, operada por um produtor independente de energia que atende uma rede regional, estava em serviço há seis anos. Mais de 1.400 circuitos de string alimentados em 28 caixas combinadoras, cada uma transportando até 1.000 Vcc de painéis solares a inversores centrais.

A equipe de operações da usina enfrentou uma pressão crescente para reduzir o tempo de inatividade não programado, à medida que o operador da rede local introduzia penalidades de disponibilidade mais rigorosas. Com temperaturas de verão superiores a 45°C, o estresse térmico nos componentes de corrente contínua foi severo.

Que problemas a usina fotovoltaica enfrentou antes da atualização?

Os porta-fusíveis originais eram unidades genéricas classificadas apenas para 600 Vcc. Eles foram subdimensionados para a configuração de string de 1000V da planta. Ao longo de 18 meses, a equipe de operações registrou 23 falhas em porta-fusíveis em 11 caixas combinadoras.

Os sintomas eram consistentes: os clipes do porta-fusível perdiam a tensão da mola após repetidos ciclos térmicos, criando contatos de alta resistência. A 1000 Vcc, uma conexão ruim causava aquecimento localizado e microarco. Em vários casos, o porta-fusível derreteu e a caixa combinadora teve que ser desligada para reparos de emergência. Cada incidente custou em média US$ 4.800 em perda de produção de energia, peças de reposição e mão de obra.

Tentativas anteriores de reapertar os clipes e aplicar graxa condutiva não resolveram o problema. Após um segundo colapso, o gerente da fábrica ordenou uma revisão completa das especificações do porta-fusível.

Por que o operador escolheu o porta-fusível Soutya DC 1000V?

A equipe de engenharia avaliou três alternativas. O primeiro era um porta-fusível padrão em trilho DIN classificado para 1.000 Vcc, mas seus clipes eram feitos de uma liga de cobre de qualidade inferior que ainda sofreria corrosão no ar salgado do deserto. A segunda opção era uma solução proprietária que exigia a troca de toda a caixa combinadora, o que excedia o orçamento de manutenção.

A terceira opção foi o porta-fusível Soutya DC 1000V. Três fatores foram decisivos:

• Classificação explícita de 1000 Vcc com capacidade de interrupção testada que corresponde à corrente de curto-circuito da cadeia fotovoltaica sob condições IEC 60269-1.
• Clipes de mola helicoidais feitos de aço inoxidável e cobre estanhado, projetados para manter a pressão de contato em uma faixa mais ampla de temperatura.
• Um corpo compacto que se adapta ao layout da caixa combinadora existente sem necessidade de religação. Isso reduziu o risco de instalação e manteve baixos os custos de mão de obra.

O porta-fusível Soutya também veio com um invólucro de náilon fosco que resistia à degradação ultravioleta, um problema que causava rachaduras frágeis nas unidades antigas. O gerente de compras confirmou que Soutya forneceu uma garantia de três anos com base na tensão CC real e nos dados atuais da planta.

Como o novo porta-fusível foi implantado?

A atualização foi faseada ao longo de quatro semanas, durante o período de manutenção da planta no final do inverno. A equipe de operações substituiu 520 porta-fusíveis em etapas, uma caixa combinadora por vez, para evitar paralisações amplas do sistema.

• Passo 1: A equipe de manutenção da planta desenergizou uma caixa combinadora e verificou tensão zero nos terminais do string.
• Etapa 2: Cada porta-fusível existente foi removido. Os técnicos documentaram o torque nos parafusos dos terminais e verificaram os clipes dos fusíveis em busca de sinais de arco.
• Etapa 3: Os novos porta-fusíveis Soutya DC 1000V foram montados usando o trilho DIN e os blocos de terminais existentes. A força de inserção do fusível foi visivelmente maior, o que reduziu a probabilidade de desalinhamento.
• Etapa 4: Cada circuito foi testado com um testador de resistência de isolamento CC e um indicador de condição do fusível antes da reenergização.
• Etapa 5: A equipe de manutenção realizou uma pesquisa de imagens térmicas uma semana depois que cada caixa combinadora voltou a funcionar.

A única dificuldade significativa era o espaço apertado para dobrar os fios dentro das caixas combinadoras. A orientação do terminal do porta-fusível Soutya facilitou o roteamento de fios fotovoltaicos de 6 mm² sem forçar dobras, de modo que o problema foi resolvido em questão de horas.

Que resultados quantificáveis ​​o operador alcançou?

Doze meses após a atualização, a operadora comparou os dados de desempenho com os dois anos anteriores à substituição.

• O tempo de inatividade da string devido a falhas no porta-fusível caiu 60%, de uma média de 14 horas por mês para 5,5 horas.
• O custo de substituição do porta-fusível caiu 45%, de US$ 2.800 por trimestre para US$ 1.540. Isso incluiu peças, mão de obra e tempo de inspeção térmica.
• Os eventos de serviço não planejados da caixa combinadora diminuíram de 8 para 2 por ano. Nenhum porta-fusível relatou arco ou derretimento durante o
• O aumento médio da temperatura nos pontos de contato do porta-fusível caiu 18°C, medido com uma câmera infravermelha.

O gestor da central também observou que a penalidade de disponibilidade do operador da rede foi reduzida a zero nos três relatórios mensais de liquidação mais recentes. Num mercado sob pressão, essa melhoria por si só justificou o investimento de 11.000 dólares em hardware.

Depoimento do cliente: O que o diretor de manutenção disse?

"Perdemos a confiança nos porta-fusíveis originais após o segundo colapso. O porta-fusível Soutya DC 1000V nos proporcionou uma conexão confiável que podemos prever. Os resultados das imagens térmicas são claros e minha equipe pode se concentrar na limpeza e nas verificações de torque em vez de substituições de emergência", disse o diretor de manutenção da planta.

Lições e recomendações para outros operadores de sistemas de energia CC

Para equipes de operações que gerenciam circuitos de 1.000 Vcc em usinas solares, sistemas de armazenamento ou redes industriais de CC, o projeto ofereceu três lições práticas.

1. Sempre verifique a tensão CC real e a corrente de falha do circuito antes de selecionar um porta-fusível. Um suporte com classificação de 600 V em um sistema de 1000 V é um perigo, independentemente de quão bem ele se encaixe mecanicamente.
2. Verifique o material do clipe do fusível e o design da mola. A pressão de contato de alta qualidade é a defesa mais importante contra o superaquecimento em altas tensões CC.
3. Ao reformar caixas combinadoras existentes, escolha um porta-fusível que seja montado no trilho existente e não exija a substituição dos blocos terminais. O porta-fusível Soutya funcionou exatamente de acordo com suas especificações e o projeto foi concluído antes do prazo.

Se a planta fizesse isso novamente, a única melhoria seria substituir os porta-fusíveis mais cedo, durante o comissionamento inicial do equipamento. O custo da prevenção foi um terço do custo dos dois primeiros reparos de emergência.

Referências

[1] CEI 60269-1. Fusíveis de baixa tensão - Parte 1: Requisitos gerais [S]. 2020.https://webstore.iec.ch/publication/62496

[2] Características de envelhecimento dos eletrodos de contato de chaves CC de baixa tensão [J]. Energias, 2021, 14(20): 6838.https://doi.org/10.3390/en14206838