Instalações de Sistemas de Geração Solar Fotovoltaica Um estudo sobre sistemas de aterramento, proteção contra surto e descargas atmosféricas

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Instalações de Sistemas de Geração Solar Fotovoltaica Um estudo sobre
sistemas de aterramento, proteção contra surto e descargas atmosféricas
Conference Paper · December 2016
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2016 Brazilian Technology Symposium 
 
ISSN 2447-8326. V.2. © BTSym’2016 
Instalações de Sistemas de Geração Solar Fotovoltaica 
Um estudo sobre sistemas de aterramento, proteção contra surto e descargas atmosféricas 
 
Douglas Aguiar do Nascimento 
Departamento de Comunicações (DECOM) 
Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação (FEEC) 
Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) 
eng.douglas.a@ieee.org 
Hermes José Loschi 
Departamento de Comunicações (DECOM) 
Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação (FEEC) 
Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) 
hermes@decom.fee.unicamp.br 
Yuzo Iano 
Departamento de Comunicações (DECOM) 
Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação (FEEC) 
Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) 
yuzo@decom.fee.unicamp.br 
Silvio Renato Messias de Carvalho 
Departamento de Comunicações (DECOM) 
Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação (FEEC) 
Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) 
srcmessias@gmail.com
 
 
Resumo— Atualmente no Brasil passamos por uma 
crescente demanda pelas instalações de sistemas para 
geração solar fotovoltaica, em conjunto com preocupações 
quanto às técnicas e métodos utilizados para aterramento, 
dimensionamento de sistemas de proteção contra surtos e 
de proteção contra descargas atmosféricas para estas 
instalações. Este cenário torna-se extremamente 
preocupante, à medida que muitos sistemas de geração 
solar fotovoltaica, são conectados em sistemas elétricos 
sem a presença de sistema de aterramento, utilização de 
DPS (dispositivo de proteçãocontra surto), e muita vezes 
em instalações sem a utilização de sistemas de proteção 
contra descargas atmosféricas (SPDA). Neste contexto, este 
artigo apresenta uma análise de algumas normas e 
recomendações para segurança destas instalações. 
Palavras-Chave: SPDA, DPS, Aterramento, Sistema 
Fotovoltaico 
I. INTRODUÇÃO 
Algumas recomendações encontradas na literatura 
destacam que o propósito do sistema de aterramento é 
certificar de que não exista, ou, que seja minimizada, a 
diferença de potencial entre as partes de metal expostas dos 
equipamentos utilizados em uma instalação de geração solar 
fotovoltaica, com a terra. Portanto todos os equipamentos 
metálicos devem ser aterrados, incluindo calhas de metal, 
invólucros, peças de montagem, armação do módulo, 
acessórios de canalização, entre outros. Outro ponto 
importante é o SPDA. Caso a instalação tenha um SPDA, 
deve-se dimensionar sua conexão com o aterramento principal 
da instalação, além da utilização de DPS entre as conexões 
com os equipamentos utilizados na instalação dos sistemas de 
geração solar fotovoltaica [1]-[14]. 
II. PROTEÇÃO CONTRA SURTOS E DESCARGAS ATMOSFERICAS 
Atualmente, por meio da geração de energia elétrica 
distribuída, em que se utiliza sistema de geração solar 
residencial sobre telhado, por exemplo, os módulos 
fotovoltaicos tornaram-se a interface mais próxima da 
atmosfera, sendo expostos às descargas atmosféricas diretas 
ou indiretas. A capacidade de geração de eletricidade depende 
da área de captação da luz solar, por isso, quanto maior a 
capacidade do sistema, maior o número e/ou a área dos 
módulos fotovoltaicos e maiores a sua exposição às descargas 
atmosféricas. Em instalação elétrica de edificações o projeto 
do SPDA deve levar em consideração a existência do sistema 
de geração solar fotovoltaica para que este esteja dentro do 
volume de proteção do subsistema de captação do SPDA para 
evitar que os módulos fotovoltaicos sejam atingidos. 
Entre as estruturas de sustentação dos módulos 
fotovoltaicos, externos ou em edificações, deve ser 
considerada a distância de segurança para impedir 
centelhamentos entre os componentes metálicos do SPDA e 
do sistema de geração solar fotovoltaica, onde as medidas 
contidas em um SPDA de classe III (conforme classes 
definidas na ABNT NBR 5419-2015) são normalmente 
suficientes para as características. Na elaboração do projeto do 
SPDA devem ser observados os seguintes pontos: 
 O sistema de aterramento do sistema de geração solar 
fotovoltaica deve ser interligado ao sistema de aterramento 
principal da instalação; 
 Condutores de equipotencialização devem ser roteados em 
paralelo e o mais próximo possível dos cabos de corrente 
contínua; 
 Os condutores de sinal devem estar incluídos na filosofia 
de proteção. 
Em condições, onde a instalação de um SPDA não seja 
necessária, então se faz necessário o fornecimento da proteção 
da linha elétrica de entrada (para o caso da instalação não ser 
mailto:eng.douglas.a@ieee.org
../../../../../Downloads/hermes@decom.fee.unicamp.br
mailto:eng.hermes.loschi@ieee.org
../../../../../Downloads/srcmessias@gmail.com
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em um ambiente urbano). Nestes casos, é necessário uma 
atenção especial para a escolha do nível de proteção do DPS. 
 
 
 
 
Fig. 1. Módulos fotovoltaicos dentro da zona de proteção (LPZ) de um SPDA [14]. 
 
Caso o DPS seja instalado a menos de 10 metros de 
distância dos dispositivos a serem protegidos, o comprimento 
das conexões devem ser levados em conta, para calcular o 
nível de proteção do DPS , podendo ser dimensionado de 
acordo com a equação 1 [5]. 
 
 
(1) 
 
onde, é o nível de proteção real do DPS, é a 
tensão de descarga suportável do aparelho a ser protegido e 
 é a queda de tensão nos condutores de ligação do DPS. 
Há muitas opções de dispositivos que atendem a vários 
equipamentos e a vários ambientes. Afinal, cada DPS possui 
uma finalidade. A seguir, destacam-se as classes que existem e 
quais as situações em que cada uma pode ser aplicada. São 
divididas entre [2]: 
 Classe I: instalações que levam descargas atmosféricas 
diretamente nas hastes de para-raios ou na rede elétrica. É 
um recurso muito utilizado em indústrias e em construções 
de elevadas alturas (edifícios, por exemplo); 
 Classe II: usadas para proteger o local, em geral, do 
aumento excessivo da tensão (sobretensão). Esses 
dispositivos são aplicados em casas e em residências; 
 Classe III: o nível de proteção dessa classe abrange 
equipamentos sensíveis a surtos. São instaladas em cada 
aparelho. 
Em sistemas de geração solar fotovoltaica, é necessário 
fornecer uma proteção contra surtos e descargas atmosféricas 
para o lado de corrente continua (CC). A primeira coisa a 
fazer é uma de conexão entre a estrutura de suporte dos 
módulos fotovoltaicos e da barra de equipotencialização da 
instalação. Comumente as instalações residências utilizam um 
DPS Classe II no lado dos módulos fotovoltaicos e no lado do 
inversor. Para a proteção do lado CC, duas possibilidades 
devem ser consideradas [5]: 
a) quando a distância de separação entre SPDA e o módulo 
fotovoltaico é proporcional. A figura 2 ilustra esse caso, 
em que pode se verificar a distância de separação . 
 
 
Fig. 2. Instalação com DPS isolado [5]. 
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Neste caso deve ser instalado um DPS Classe II no lado 
dos módulos fotovoltaicos e no lado do inversor. 
b) quando a distância de separação entre SPDA e o módulo 
fotovoltaico não é proporcional. A figura 3 ilustra esse 
caso, em que pode se verificar a distância de separação . 
 
Fig. 3. Instalação com DPS isolado [5]. 
Neste caso uma ligação equipotencial da estrutura dos 
painéis com o SPDA é necessária, além disso, um DPS Classe I 
também é necessário para a proteção do módulo, lado CC E do 
inversor. A figura 4 representa a estrutura de um sistema de 
geração solar fotovoltaico dividida em zonas diferentes (de A a 
D) em que: A é caixa de combinação da matriz fotovoltaica, 
em que oferece proteção aos módulos e às strings contra sobre 
tensão de origem atmosférica- distância A/B recomendada: 10 
m; B é o lado DC do inversor, oferece proteção ao inversor 
contra sobretensão de origem atmosférica e seu uso é sempre 
reomendado; C é o lado AC do inversor, provê proteção ao 
inversor contra sobretensão de origem atmosférica – é 
recomendado caso a distância entre C/D seja maior que 10 m 
ou se D possui nível baixo de proteção (vide [5]); e D é o lado 
inicial de AC, em que possui a função de protação do inversor 
contra sobretensão de origem atmosférica e da rede e deve ser 
sempre utilizado como recurso de proteção. 
III. ATERRAMENTO 
Uma investigação sobre métodos de aterramento para 
instalações de sistemas de geração solar fotovoltaica no Brasil, 
primeiramente deve compreender a ABNT NBR 5410, norma 
que estabelece os critérios e materiais para instalação elétrica 
de sistemas de aterramento e equipotencialização. Para 
analisar os esquemas de aterramento TN-S, TN-C-S, TN-C, 
TT e IT, considerados pela norma, a interpretação das figuras 
deve ser feita de forma genérica e as massas que são indicadas 
não simbolizam um único, mas sim qualquer que seja o 
número de equipamentos elétricos a serem aterrados. 
Outra particularidade trata-se que a mesma instalação pode 
eventualmente abranger mais de uma edificação, neste caso, as 
massas devem necessariamente compartilhar o mesmo 
eletrodo de aterramento, mas podem, em princípio, estar 
ligadas a eletrodos de aterramento distinto, se situadas em 
diferentes edificações, com cada grupo de massas associado ao 
eletrodo de aterramento da edificação respectiva. Na norma, 
simbologias como: condutor neutro (N), condutor de proteção 
(PE) e condutor combinando as funções de neutroe de 
condutor de proteção (PEN) é frequentemente utilizado. Na 
classificação dos esquemas de aterramento a seguinte 
simbologia é utilizada [1]: 
 “Primeira letra (situação da alimentação em relação a 
terra): 
o T – ponto diretamente aterrado; 
o I – isolação de todas as partes vivas em relação a terra 
ou aterramento de um ponto através de impedância; 
 Segunda letra (situação das massas da instalação elétrica 
em relação a terra): 
o T – massas diretamente aterradas, independentemente 
do aterramento eventual de um ponto da alimentação; 
o N – massas ligadas ao ponto da alimentação aterrado 
(em corrente alternada, o ponto aterrado é 
normalmente o ponto neutro); 
 Outras letras (disposição do condutor neutro e do 
condutor de proteção): 
o S – funções de neutro e de proteção asseguradas por 
condutores distintos; 
o C – funções de neutro e de proteção combinadas em 
um único condutor.” 
O conceito de ligação à terra aplicado a um sistema de 
geração fotovoltaica pode envolver tanto as partes condutoras 
expostas (por exemplo, estrutura de metal dos painéis), bem 
como o sistema de geração de energia (módulos fotovoltaicos)
 
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Fig. 4. Estrutura de sistema de geração solar fotovoltaica residencial dividida em diferentes zonas [5]. 
A deterioração dos isoladores (que ocorre ao longo do 
tempo) e a presença de umidade fazem com que a resistência 
de isolamento seja reduzida. Para os autores Pinho e Galdino 
(2014), o aterramento de sistemas elétricos de baixa tensão, de 
acordo com a norma ABNT NBR 5410:2004, podem ser 
considerados como uma ligação intencional de estruturas ou 
instalações com a terra, visando garantir o correto 
funcionamento da instalação e, principalmente, proporcionar 
um caminho preferencial às correntes elétricas indesejáveis de 
surto, falta ou fuga, a fim de evitar riscos para pessoas e 
equipamentos [6]. 
No caso de sistema de geração solar fotovoltaico, se faz 
necessário realizar o aterramento dos equipamentos 
(conectando-se a carcaça condutora a terra) e o aterramento 
funcional do sistema, ligando-se o circuito elétrico a terra por 
meio do condutor neutro, no lado de corrente alternada (CA). 
O aterramento deve estar em devidamente instalado de forma 
a permitir a equipotencialização de todos os condutores 
presentes na instalação. A instalação do aterramento do 
sistema de geração solar fotovoltaico difere-se dos sistemas 
isolados devido ao aterramento de cada unidade individual ser 
interconectado com o aterramento de outras unidades 
consumidoras da concessionária, o que eleva a eficiência da 
malha do aterramento [6]. 
 
 
IV. EQUIPOTENCIALIZAÇÃO 
O sistema de equipotencialização é uma medida de 
proteção contra choques elétricos, que consiste em equalizar o 
potencial elétrico de todos os componentes condutores de uma 
instalação (excetuando-se os condutores vivos não aterrados). 
Geralmente, o aterramento das massas metálicas e elementos 
são feito por meio do sistema de equipotencialização, o qual é 
conectado ao sistema de aterramento [7]. 
 
Com isso, o sistema de equipotencialização consiste em um 
BEP (Barramento de Equipotencialização Principal) e 
condutores de proteção ligados aos componentes ou partes 
metálicas que devem ser aterrados e, ou, equipotencializados. 
O barramento principal é, então, conectado ao barramento de 
terra que, por sua vez, é ligado à malha de aterramento da 
instalação. Em algumas ocasiões, podem ser necessários 
sistemas de equipotencialização suplementares em algumas 
partes do sistema distantes da equipotencialização principal, 
que deve ser interconectados ou dividirem a mesma malha de 
aterramento, conforme ilustrado na figura 5 [7]. 
 
 
 
Fig. 5. Exemplo de sistema de aterramento e equipotencialização de um sistema fotovoltaico. A equipotencialização suplementar pode ser: (a) conectada à 
principal; (b) ligada à malha de aterramento principal [7] 
 
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V. CONSIDERAÇÕES FINAIS 
O presente estudo teve como objetivo uma avaliação das 
técnicas de proteção contra descargas atmosféricas e 
aterramento para sistemas de geração solar fotovoltaica. O 
estudo foi realizado com base em algumas normas e 
recomendações, onde foi possível constatar que o esquema de 
aterramento mais apropriado a ser utilizado é o TN (único 
ponto da alimentação diretamente aterrado e as massas ligadas 
ao ponto da alimentação aterrado) e que a configuração de 
equipotencialização mais adequada a um sistema fotovoltaico é 
a (configuração de malha integrada em uma malha). Além 
disso, como forma de mitigar surtos induzidos, podendo ser 
ocasionados por descargas atmosféricas, entre as partes 
metálicas expostas, de uma estrutura a ser protegida, deve-se 
empregar a blindagem eletromagnética e o roteamento de 
linhas de equipotencialização internas de conexão da estrutura 
e a utilização e sistemas de proteção contra surtos. 
AGRADECIMENTOS 
Os autores gostariam de agradecer à Coordenação de 
Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), o 
Concelho Nacional de Desenvolvimento Científico e 
Tecnológico (CNPq), à Fundação de Amparo à Pesquisa do 
Estado de São Paulo (FAPESP), do Departamento de 
Comunicações (DECOM), à Faculdade de Engenharia Elétrica 
e de Computação (FEEC), à Universidade Estadual de 
Campinas (UNICAMP), e à Fundação de Apoio à Capacitação 
em Tecnologia da Informação (FACTI), pelo apoio no 
desenvolvimento desta pesquisa. 
REFERÊNCIAS 
[1]. ABNT NBR 5410-2004 – Instalações elétricas de baixa tensão; da 
Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). 
[2]. ABNT NBR 5419- 2015 – Proteção de estruturas contra descargas 
atmosféricas; Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). 
[3]. ABNT NBR IEC 61643-1:2007 – Dispositivos de proteção contra 
surtos em baixa tensão; Parte 1: Dispositivos de proteção conectados a 
sistemas de distribuição de energia de baixa tensão; Associação 
Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). 
[4]. ABNT NBR 14432-2000 – Exigências de resistência ao fogo de 
elementos construtivos de edificações – Procedimentos; Associação 
Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). 
[5]. ABB – Asea Brown Boveri. Technical Application Papers No. 10: 
Photovoltaic Plants. 2014. Disponível em:< 
http://www.abb.com/abblibrary/DownloadCenter/>. Acesso em: 19 jun 
2016. 
[6]. PINHO, João Tavares; GOLDINO, Marco Antonio. Manual de 
Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos. Grupo de Trabalho de Energia 
Solar – GTES. CEPEL – CRESESB: Rio de Janeiro, 2014. 
[7]. J. C. Hernandez, P. G. Vidal, and A. Medina, “Characterization of the 
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[8]. WILES, John C. Photovoltaic System Grounding. Solar America Board 
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Acesso em: 19 jun 2016. 
[9]. HANEY, Josh; BURSTEIN, Adam. PV System Operations and 
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<www.solarabcs.org>. Acesso em: 19 jun 2016. 
[10]. W. I. Bower and J. C. Wiles, “Analysis of grounded and ungrounded 
photovoltaic systems,” in Proc. IEEE 1st World Conf. Photovoltaic 
Energy Convers., Dec. 5–9, 1994, pp. 809–812 
[11]. NFPA – National Fire Protection Association. Article 690—Solar 
Photovoltaic Systems of National Electrical Code. 2011. 
[12]. J. C. Hernandez and P. G. Vidal, “Guidelines for protection against 
electric shock in PV generators,” IEEE Trans. Energy Convers., vol. 
24, no. 1, pp. 274–282, Mar. 2009. 
[13]. G. Ball, B. Brooks, J. Johnson, J. Flicker, A. Rosenthal, J. Wiles, L. 
Sherwood, M. Albers, and T. Zgonena, “Inverter ground-fault detection 
‘blind spot’ and mitigation methods,” Solar Amer. Board Codes Stand. 
Rep., Jun. 2013. 
[14]. Phoenix Contact. Solar Energy: Lightining and surge protection for 
photovoltaicsystems. Alemanha, 2015. Disponível em: 
<https://www.phoenixcontact.com/assets/downloads_ed/global/web_d
wl_promotion/5151226_EN_HQ_Solar_energy_LoRes.pdf>. Acesso 
em 28 out. 2016. 
 
DOUGLAS AGUIAR DO NASCIMENTO. Formado em 
Engenharia Elétrica (Universidade do Oeste de 
Santa Catarina - 2015). Atualmente, candidato M.Sc 
pelo Departamento de Comunicações, Faculdade de 
Engenharia Elétrica e de Computação (FEEC) da 
Unicamp. Possui interesses de pesquisa em: 
Telecomunicações, Processamento de Sinais, 
Sistemas Embarcados e sistemas de potência. 
Profissionalmente, atua como Analista de Projetos II 
na Fundação de Apoio à Capacitação em Tecnologia 
da Informação e desenvolve projetos eletrotécnicos e eletrônicos. 
 
 
HERMES JOSÉ LOSCHI. Formado em Engenharia de 
Controle e Automação (Universidade Paulista - 
2014). Atualmente, Mestrando e Doutorando pelo 
Departamento de Comunicações da Faculdade de 
Engenharia Elétrica e de Computação da 
Universidade Estadual de Campinas (Decom-Feec-
Unicamp). Profissional com experiência em 
processos de fabricação de motor Diesel, em 
particular MTU e Mercedes. Atualmente, um 
pesquisador do laboratório de comunicações visuais 
(LCV-Decom-Feec-Unicamp). Os principais temas 
de interesse são: Redes de Sensores sem Fio, Internet das Coisas, Redes 
Inteligentes, Radiodifusão, Biomassa, Aplicação de Sistemas Fotovoltaicos, 
Energia Solar e Rastreamento Solar. 
 
 
YUZO IANO. Possui graduação em Engenharia 
Elétrica pela Unicamp (Universidade Estadual de 
Campinas -1972), mestrado em Engenharia Elétrica 
pela Unicamp (1974) e doutorado em Engenharia 
Elétrica pela Unicamp (1986). Atualmente é Professor 
Titular MS6 do Decom/Feec/Unicamp (Departamento 
de Comunicações da Faculdade de Engenharia 
Elétrica e de Computação da Unicamp). 
Tem experiência na área de Engenharia Elétrica, com 
ênfase em Telecomunicações, Eletrônica e 
Tecnologia da Informação, atuando principalmente no 
campo das comunicações audiovisuais e de dados. Os principais temas de 
interesse são: processamento, e transmissão digital de 
sinais/imagens/vídeo/áudio/dados, hdtv, tv digital, redes 3G/4G/5G, 
middleware, transmissão/canalização/radiodifusão de sinais de televisão, 
reconhecimento de padrões, codificação digital de sinais, 
transmissão/armazenamento de dados e cidades inteligentes/digitais. 
 
 
SILVIO RENATO MESSIAS DE CARVALHO. Obteve 
seu diploma em Engenharia Elétrica pela 
UNICAMP (1994). Detém mestrado (2007) e grau 
de doutor (2013) em Engenharia Elétrica pela 
UNICAMP. Área de Atuação: áudio e vídeo para 
TV digital, engenharia de transmissão, engenharia 
de TV digital, sistemas RF, TV móvel, antenas e 
Eficiência Energética. 
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https://www.researchgate.net/publication/311452392