Tipos de cabos CC fotovoltaicos: H1Z2Z2-K, IEC 62930 e PV1-F

Resposta rápida: Os três nomes do cabo CC fotovoltaico vêm de três sistemas diferentes. H1Z2Z2-K é uma designação harmonizada europeia, IEC 62930 é a norma internacional de cabos e PV1-F é uma designação de produto que resulta de um esquema de ensaio privado. Cada letra em H1Z2Z2-K fixa uma propriedade: isolamento reticulado sem halogéneos, bainha reticulada sem halogéneos, condutor flexível de fios entrançados. Nenhum dos três nomes diz nada sobre a espessura do cobre, e nenhum deles é uma marca. O que separa um cabo fotovoltaico de um cabo de construção é o composto em torno do cobre e os ensaios que o cabo acabado passou.

Quem já encomendou cabo para uma central reparou que o lado CC nunca usa os nomes familiares dos cabos de construção. A encomenda sai para H1Z2Z2-K, ou para algo descrito como cumprindo a IEC 62930, ou para PV1-F. Os nomes parecem códigos de produto porque é mais ou menos isso que dois deles são, mas vêm de três sistemas diferentes, e as diferenças entre esses sistemas aparecem mais tarde, numa bandeja de cabos ou num telhado.

A confusão é compreensível. Um cabo fotovoltaico é cobre, isolamento e bainha, exatamente como um cabo de construção, e o cobre não é a parte interessante. O lado CC de uma central funciona a uma tensão elevada que nunca passa por zero. O cabo fica exposto ao sol direto durante décadas e aquece dentro de uma caixa de junção no verão. Também arrefece abaixo do ponto de congelação nas noites de inverno, e é puxado por bandejas e em torno de esquinas durante a instalação. As decisões de material que resistem a isso são diferentes das decisões de material que fazem sentido dentro de uma parede.

Este artigo trata de ler os nomes e da interface onde esses nomes têm de concordar com outra coisa no módulo: o conector e a caixa de junção a que o cabo está ligado.

Uma função, três sistemas de nomenclatura

Um nome de cabo pode vir de um sistema nacional ou regional harmonizado entre vários países, de uma norma internacional, ou de um esquema de ensaio privado gerido por um organismo de certificação. Os três acabam no mesmo projeto, e não são rótulos intercambiáveis para o mesmo documento.

A consequência prática é que dois cabos com nomes diferentes podem ambos estar corretos para o lado CC, enquanto um terceiro cabo com um nome familiar não está nada correto. Compará-los significa perguntar a que sistema pertence o nome e, depois, perguntar o que o cabo teve realmente de passar para o merecer.

Ler H1Z2Z2-K letra a letra

A designação harmonizada é a mais legível das três, porque cada caráter transporta uma decisão. O H inicial marca um tipo harmonizado entre os sistemas europeus e não um tipo nacional. O 1 é uma classe de tensão, não uma secção e não uma corrente nominal. As duas entradas Z descrevem o isolamento e a bainha: Z para um composto reticulado sem halogéneos, com o 2 a indicar a família de materiais específica. O hífen e o K no fim descrevem o condutor: cobre flexível de fios entrançados, destinado a ser dobrado e a ser cravado num contacto.

Vale a pena destacar dois detalhes, porque são os que as pessoas saltam. Primeiro, as duas entradas Z são separadas: um cabo pode ter um isolamento sem halogéneos e uma bainha diferente, e a designação é o que lhe diz se ambos foram abrangidos. Segundo, o K é uma afirmação sobre a construção do condutor, que é o que faz o cabo manejar-se bem numa caixa de junção e o que faz com que seja cravado corretamente num conector. Um condutor flexível de fios entrançados também tem mais área superficial para a mesma secção e comporta-se de forma diferente sob um terminal de parafuso do que um condutor maciço.

O que a designação não contém é a secção. Essa é escolhida separadamente, a partir da corrente que a string transporta, da queda de tensão que o projetista está disposto a aceitar e da forma como o cabo é instalado. Uma bandeja de cabos ao ar livre e uma passagem em conduta dentro de uma parede não dissipam o calor da mesma forma, pelo que a mesma secção não transporta a mesma corrente nos dois locais. Nada no nome harmonizado retira esse cálculo da secretária do projetista.

O que a norma internacional exige

A IEC 62930 foi escrita para a aplicação e não para um país. Especifica a construção do cabo e depois especifica o programa de ensaios que o cabo acabado tem de suportar, que é a parte que importa quando tem dois cabos de aspeto semelhante nas mãos e tenta decidir se são o mesmo produto.

O conjunto de ensaios aborda o ambiente em que o cabo vive realmente. O intemperismo e a exposição aos ultravioletas atuam na superfície exterior. O calor húmido e o envelhecimento térmico atuam no material ao longo do tempo. A resistência a solventes e a óleos é importante porque um cabo num telhado toca em coisas que um cabo de parede nunca toca. O ensaio de dobragem a frio verifica o que acontece quando a mesma bainha tem de ser moldada a uma temperatura bem abaixo daquela a que foi extrudida. A resistência ao ozono e um ensaio de suportabilidade à tensão CC fecham a lista. Uma designação sem halogéneos acrescenta o comportamento do material em caso de incêndio: o que não liberta e quanto fumo e gás ácido produz.

O nome numa bainha pode, portanto, corresponder a um sistema, enquanto a evidência por trás dele é outra. Um cabo pode estar marcado H1Z2Z2-K e estar qualificado segundo o programa de ensaios internacional, ou estar marcado com um código de tipo próprio do fabricante e ainda assim estar qualificado. É por isso que uma especificação que nomeia uma norma e exige o relatório de ensaio é mais forte do que uma especificação que nomeia uma designação e fica por aí.

Também vale a pena saber que a abreviatura comercial da norma internacional pode, ela própria, causar confusão. Verá a norma escrita como IEC 131 em algum material de encomenda. Não existe uma norma separada com esse significado: o número é 62930, e a abreviatura é um hábito e não uma segunda especificação.

Porque é que um cabo elétrico de instalação comum falha num telhado

A falha de um cabo elétrico de instalação com bainha de policloreto de vinilo no exterior não é um mistério e não é gradual de forma inofensiva. O composto contém plastificante que o mantém flexível. Ao longo de anos de calor e luz solar, o plastificante migra para fora, e a componente ultravioleta da luz solar quebra as cadeias poliméricas à superfície. A bainha perde a flexibilidade, fica com aspeto pulverulento e depois endurece. Uma vez endurecida, o movimento na borda de uma bandeja ou um ciclo de temperatura é suficiente para abrir uma fenda.

A água segue a fenda. A partir desse ponto, o isolamento está a trabalhar em condições para as quais nunca foi escolhido, e o fim da cadeia é um caminho de fuga num condutor que transporta a tensão total da string. No lado DC a consequência é pior do que a falha equivalente num circuito AC, e a razão não tem nada a ver com os materiais do cabo. Uma corrente alternada passa por zero em cada meio ciclo, pelo que um arco que se forma numa passagem por zero tende a extinguir-se. Um arco DC não tem esse momento.

Os dois cabos dessa comparação contêm cobre semelhante. O que difere é o composto à sua volta, a forma como o material é reticulado em vez de termoplástico, e os ensaios que o cabo acabado teve de passar. Esta é a parte que um comprador que olha apenas para a secção do condutor não consegue ver, e é a parte que decide o aspeto do cabo após cinco verões.

De onde vem o esforço

Ajuda manter a lista de esforços concreta, porque uma norma de cabos é essencialmente essa lista convertida em ensaios com limites de aprovação. A luz solar fornece radiação ultravioleta todo o dia. Uma caixa de junção no verão é um pequeno volume fechado aquecido pelo módulo atrás dela, e o condutor de ligação fica nesse volume. O ciclo de calor húmido é condensação seguida de evaporação, repetidamente, no ponto em que a bainha encontra um conector ou um prensa-cabo. O ozono está presente no ar e também é produzido pelo arco elétrico, o que significa que uma junta mal feita pode danificar o cabo junto a ela. O frio é importante no momento da instalação, quando uma bainha a zero graus é dobrada numa esquina e mantém a deformação.

O movimento mecânico é o que é subestimado. O vento move os cabos numa bandeja, o ciclo térmico alonga-os e encurta-os ligeiramente, e a tensão de tração durante a instalação é frequentemente a maior força que o cabo alguma vez sofre. Um cabo fotovoltaico é especificado para sobreviver a tudo isso durante a vida da central, e é por isso que os ensaios do cabo acabado importam mais do que a ficha de dados da matéria-prima.

Duas decisões, uma interface

Num projeto real a questão do cabo divide-se em duas, e as duas metades são decididas por pessoas diferentes. O condutor de ligação que sai da caixa de junção do módulo é escolhido na fábrica do módulo, no mesmo congelamento de design que a caixa de junção, o layout dos díodos e o conector. Chega já ligado, encapsulado e testado com o módulo. O cabo que corre entre strings e entra numa caixa combinadora é escolhido por quem projeta a central, e é puxado, arrumado e terminado no local.

O local onde essas duas decisões se encontram é a junta. Um conector é classificado para um intervalo de secções de condutor e um intervalo de diâmetros exteriores de bainha, com um vedante que funciona nesse intervalo. Se o cabo do local tiver uma bainha fora do intervalo do vedante, a junta é resistente à água no papel e não no terreno. Se a classe do condutor estiver errada para o contacto, o crimp parece aceitável e tem menos área de contacto do que o design pretende. Ambos os problemas são invisíveis depois de a junta estar fechada, e ambos são decididos antes de alguém subir ao telhado.

É também aqui que as questões do cabo se ligam à discussão dos conectores. Um conector certificado segundo uma norma é certificado como um sistema, com um intervalo de cabos indicado no certificado. Substituir um cabo fora desse intervalo retira o conjunto da certificação, mesmo quando ambas as partes estão individualmente bem. A mesma lógica aplica-se ao condutor de ligação do módulo: foi qualificado com o conector na sua extremidade, e o cabo faz parte desse conjunto e não é um acessório.

Para mais informações sobre essa interface, incluindo o que uma alegação de compatibilidade prova e não prova, consulte MC4 ou compatível com MC4 e a comparação de classificações em MC4 vs MC4-Evo 2.

Verificar um cabo à chegada

Nada disto requer um laboratório. Requer olhar para as coisas certas pela ordem certa, e pedir documentos em vez de aceitar uma descrição. A lista abaixo é o que uma inspeção de receção pode efetivamente verificar à porta de entrada de mercadorias.

O que muda na linha de módulos

Para um fabricante de módulos, a decisão sobre o cabo não é um detalhe de compras, porque o cabo faz parte de um conjunto qualificado. Mudar o cabo significa mudar um componente que foi testado com a caixa de junção, o composto de encapsulamento e o conector, e significa reexaminar o conjunto face às normas pelas quais o módulo está certificado. É por isso que o tipo de cabo tende a manter-se fixo durante muito tempo, mesmo quando aparece um cabo mais barato.

As consequências físicas manifestam-se em estações específicas. O cabo tem de dobrar-se dentro da caixa sem pressionar o díodo ou a junta de solda, o que define um raio de curvatura mínimo e uma rigidez máxima. Passa por um prensa-cabo ou por uma saída moldada cujo intervalo de vedação é fixo. É depois crimpado ou soldado a um conector num processo cujo ferramental é escolhido para uma classe de condutor. A linha de montagem da caixa de junção, os processos de soldadura e colagem da caixa e a etapa de cura foram todos configurados em torno desses valores.

O layout da linha e a sequência de estações por trás disso estão descritos em a linha de montagem da caixa de junção e em o guia de layout de estações e linhas, com a própria etapa de soldadura abordada em soldadura da caixa de junção.

Perguntas frequentes

O PV1-F é uma norma IEC?

Não. O PV1-F é uma designação de produto que resulta de um esquema de ensaio privado, não um número do catálogo IEC. Isso não o torna inválido ou inadequado; significa que uma especificação que indica PV1-F está a indicar um tipo de produto, enquanto uma especificação que indica IEC 62930 está a indicar uma norma contra a qual o cabo tem de ser ensaiado.

Posso usar um cabo marcado H1Z2Z2-K e um cabo marcado PV1-F na mesma string?

Nada nas normas de cabos o proíbe, e eletricamente a string não se importa. A objeção prática é que os dois cabos podem envelhecer a ritmos diferentes, pelo que uma parte do troço atinge o fim da sua vida útil antes da outra. Como o cabo é também a peça que falha de forma invisível, manter um único tipo por string simplifica tanto o comissionamento como a posterior deteção de falhas.

Um condutor mais espesso torna um cabo de grau fotovoltaico?

Não. A secção transversal diz respeito à corrente e à queda de tensão. O grau fotovoltaico diz respeito ao composto, à reticulação e ao programa de ensaios. Um cabo de instalação de grande secção continua a ser um cabo de instalação, e a sua bainha comportar-se-á no exterior exatamente como a de um pequeno.

Porque é que a ausência de halogéneos é importante num telhado?

Uma bainha que contém halogéneos liberta gás corrosivo e tóxico quando arde, e o gás ataca o metal nas proximidades. Num telhado, isso significa que o fogo pode danificar equipamento para além do próprio cabo, e torna o incêndio mais difícil de abordar. Um composto sem halogéneos reduz essa contribuição, o que é uma das razões pelas quais a designação harmonizada o especifica tanto para o isolamento como para a bainha.

Como escolho a secção transversal para uma string?

A partir da corrente da string, do método de instalação, da temperatura ambiente e da queda de tensão que o projeto permite. O método de instalação importa porque um cabo ao ar livre dissipa melhor o calor do que o mesmo cabo agrupado num tubo. O cálculo é design elétrico comum; a norma do cabo define os limites que o cabo escolhido tem de respeitar, não a secção transversal que deve escolher.

O módulo já vem com um cabo. O cabo ainda importa?

Importa na junção. A classe de condutor e o diâmetro da bainha do cabo são o que o conector do módulo e o conector do cabo de obra têm de igualar, e o comportamento térmico e ao fogo do cabo fazem parte da qualificação do módulo. Comprar um módulo com um cabo adequado ao cabo de obra e à exigência local é mais barato do que corrigir a incompatibilidade mais tarde.

Um nome é uma afirmação que pode verificar

As três designações existem porque três sistemas diferentes precisavam de uma forma de descrever a mesma função, e porque o lado DC de uma central é um local mais exigente para um cabo do que uma parede. Lê-las é sobretudo uma questão de saber que sistema está a observar e depois perguntar o que o cabo teve de suportar. As letras descrevem o composto e a construção do condutor. Nunca se destinaram a descrever o peso do cobre, nem foram nunca um substituto para um relatório de ensaio.

Para um proprietário de central, o hábito útil é restrito: à receção, observar a marcação, a classe de condutor, o diâmetro da bainha face ao intervalo do conector e os documentos. Para um fabricante de módulos, o cabo faz parte de um conjunto que foi qualificado como um todo, e é essa a razão pela qual uma mudança de cabo é uma alteração de projeto e não uma substituição.

Nota de dados: a leitura letra a letra de H1Z2Z2-K e a atribuição das três designações seguem as normas de cabos publicadas e os documentos públicos dos esquemas; os leitores devem considerar os textos das normas como autoritativos. Os itens de ensaio acima enumerados são um resumo das áreas que essas normas abrangem, não um substituto para as cláusulas de ensaio. Nenhum valor de desempenho neste artigo provém de ensaios realizados pelo autor. A sequência de falha de um fio com bainha de PVC e o diagrama de tensões são ilustrações esquemáticas de mecanismos, não tempos de vida medidos.