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FORMA EFICAZ DE PROTEGER EL SISTEMA FOTOVOLTAICO DE ENERGÍA SOLAR DE LOS RAYOS Y LAS SOBRETENSIONES
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FORMA EFICAZ DE PROTEGER EL SISTEMA FOTOVOLTAICO DE ENERGÍA SOLAR DE LOS RAYOS Y LAS SOBRETENSIONES
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Un rayo y una sobretensión que caen a gran distancia del sistema, o incluso entre las nubes, pueden provocar una sobretensión perjudicial. Los rayos y las sobretensiones son una causa común de fallos en los sistemas fotovoltaicos (FV) y eólicos. Pero la mayoría de los daños causados por los rayos y las sobretensiones se pueden prevenir. A continuación se presentan algunas de las técnicas más rentables y generalmente aceptadas por los instaladores de sistemas eléctricos, basadas en décadas de experiencia. Siga estos consejos y tendrá muchas posibilidades de evitar los daños causados por los rayos y las sobretensiones en su sistema fotovoltaico de energía renovable (RE).
Protección contra sobretensiones por rayos
Se recomiendan descargadores de sobretensión especializados (descargadores de sobretensión de CC y dispositivos de protección de sobretensión de CA) y (posiblemente) pararrayos para los sitios con cualquiera de las siguientes condiciones:
- Ubicación aislada en terreno elevado en una zona de rayos severos
- Suelo seco, rocoso o con poca conductividad
- Recorridos de cables de más de 100 pies (30 m)
Protectores contra sobretensiones (dispositivo de protección contra sobretensiones, SPD)
Los descargadores de sobretensiones están diseñados para absorber los picos de tensión causados por las tormentas eléctricas (o por la falta de especificaciones de la red eléctrica), y permitir que la sobretensión pase por alto el cableado de alimentación y su equipo. Los protectores de sobretensiones deben instalarse en ambos extremos de cualquier cable largo que esté conectado a cualquier parte de su sistema, incluidas las líneas de CA de un inversor. Asegúrese de utilizar los descargadores de sobretensión adecuados para su aplicación.
Pararrayos
Los "pararrayos" son dispositivos de descarga estática que se colocan por encima de los edificios y de los conjuntos de energía solar, y se conectan a tierra. Su objetivo es evitar la acumulación de carga estática y la eventual ionización de la atmósfera circundante. Pueden ayudar a prevenir una huelga, y pueden proporcionar un camino para una corriente muy alta a tierra si se produce una huelga. Los dispositivos modernos tienen forma de pico, a menudo con múltiples puntas.
Las barras de iluminación suelen utilizarse sólo en lugares que experimentan tormentas eléctricas extremas. Si cree que su emplazamiento entra en esta categoría, contrate a un contratista con experiencia en protección contra rayos. Si el instalador de su sistema no está tan cualificado, considere la posibilidad de consultar a un especialista en protección contra el rayo antes de instalar el sistema.
Conéctese a tierra
Los descargadores de rayos de clase I, los descargadores de sobretensiones de clase II y los protectores de sobretensiones de clase III están diseñados para proteger los equipos electrónicos absorbiendo las sobretensiones eléctricas. Sin embargo, estos dispositivos no sustituyen a una buena toma de tierra. Funcionan sólo en combinación con una conexión a tierra eficaz.
La conexión a tierra es la técnica más fundamental para la protección contra los rayos y las sobretensiones. No se puede detener una sobretensión, pero se le puede dar un camino directo a tierra que evite su valioso equipo y descargue la sobretensión de forma segura en la tierra. Un camino eléctrico a tierra descargará constantemente la electricidad estática que se acumula en una estructura sobre el suelo. A menudo, esto evita la atracción de los rayos en primer lugar.
El primer paso para la puesta a tierra es construir una vía de descarga a tierra conectando (interconectando) todos los componentes estructurales metálicos y los recintos eléctricos, como los marcos de los módulos fotovoltaicos, los bastidores de montaje y las torres de los generadores eólicos. Evite las curvas cerradas en los cables de tierra: a las sobrecargas de corriente no les gustan las curvas cerradas y pueden saltar fácilmente al cableado cercano. Preste especial atención a las uniones de los cables de cobre con los elementos estructurales de aluminio (en particular, los bastidores de los módulos fotovoltaicos). Utilice conectores etiquetados como "AL/CU" y fijaciones de acero inoxidable, que reducen el potencial de corrosión. Los cables de tierra de los circuitos de CC y CA también se conectarán a este sistema de puesta a tierra. (Consulte los artículos de Code Corner sobre la puesta a tierra de los conjuntos fotovoltaicos en HP102 y HP103 para obtener más consejos)
Varillas de tierra
El aspecto más débil de muchas instalaciones es la conexión a tierra propiamente dicha; debe enterrar o clavar una varilla de metal conductor y no corrosivo (generalmente cobre) en el suelo, y asegurarse de que la mayor parte de su superficie esté en contacto con suelo conductor (es decir, húmedo). De este modo, cuando la electricidad estática o una sobrecarga baja por la línea, los electrones pueden drenar hacia la tierra con una resistencia mínima.
De forma similar a como un campo de drenaje disipa el agua, la toma de tierra actúa para disipar los electrones. Si una tubería de drenaje no descarga adecuadamente en el suelo, se producen retrocesos. Cuando los electrones retroceden, saltan la brecha (formando un arco eléctrico) a su cableado de alimentación, a través de su equipo, y sólo entonces a tierra.
Para evitar lo anterior, instale una o más varillas de tierra de 2,4 m (8 pies) de largo y 16 mm (5/8 de pulgada) de cobre, preferiblemente en tierra húmeda. Una sola varilla no suele ser suficiente, especialmente en terrenos secos. En las zonas en las que el suelo es extremadamente seco, instale varias varillas, separándolas al menos 3 m (6 pies) y conectándolas entre sí con cable de cobre desnudo, enterrado. Una alternativa es enterrar un cable de cobre desnudo #6 (13 mm2), doble #8 (8 mm2) o más grande en una zanja de al menos 100 pies (30 m) de largo. (El cable de tierra de cobre desnudo también puede pasar por el fondo de una zanja que lleve tuberías de agua o alcantarillado, u otros cables eléctricos) O bien, corte el cable de tierra por la mitad y extiéndalo en dos direcciones. Conecte un extremo de cada cable enterrado al sistema de puesta a tierra.
Intente dirigir parte del sistema hacia las zonas más húmedas, como donde drena un tejado o donde se van a regar las plantas. Si hay un revestimiento de acero para pozos cerca, puedes utilizarlo como barra de tierra (haz una conexión fuerte y atornillada al revestimiento).
En climas húmedos, los pies de hormigón de un conjunto montado en el suelo o en un poste, o una torre de generador eólico, o las varillas de tierra encerradas en hormigón no proporcionarán una conexión a tierra ideal. En estos lugares, el hormigón suele ser menos conductor que el suelo húmedo que rodea las zapatas. Si este es el caso, instale una varilla de tierra junto al hormigón en la base de un conjunto, o en la base de la torre de su generador eólico y en cada anclaje del cable de sujeción, y luego conéctelos todos juntos con cable desnudo y enterrado.
En climas secos o áridos, a menudo ocurre lo contrario: las zapatas de hormigón pueden tener un mayor contenido de humedad que el suelo circundante, y ofrecen una oportunidad económica para la toma de tierra. Si se van a incrustar barras de refuerzo de 6 metros de largo (o más) en el hormigón, la propia barra de refuerzo puede servir como barra de tierra. (Nota: Esto debe planificarse antes de verter el hormigón). Este método de puesta a tierra es común en lugares secos y se describe en el artículo 250.52 (A3) de la NEC, "Electrodo incrustado en hormigón"
Puesta a tierra de sistemas de energía
Para el cableado del edificio, se requiere que un lado de un sistema de alimentación de CC esté conectado -o "enlazado"- a tierra. La parte de CA de dicho sistema también debe estar conectada a tierra de la manera convencional de cualquier sistema conectado a la red. Es esencial que el negativo de CC y el neutro de CA estén conectados a tierra en un solo punto de sus respectivos sistemas y ambos en el mismo punto del sistema de puesta a tierra. Esto se hace en el panel central de alimentación.
Los fabricantes de algunos sistemas autónomos de uso único (como las bombas de agua solares y los repetidores de radio) recomiendan no conectar a tierra el circuito de alimentación. Consulte las instrucciones del fabricante para obtener recomendaciones específicas.
Cableado del conjunto y técnica del "par trenzado
El cableado del conjunto debe utilizar longitudes mínimas de cable, metidas en la estructura metálica. Los cables positivos y negativos deben tener la misma longitud y deben ir juntos siempre que sea posible. Esto minimizará la inducción de una tensión excesiva entre los conductores. Los conductos metálicos (con toma de tierra) también añaden una capa de protección. Entierre los cables largos en el exterior en lugar de pasarlos por encima de la cabeza. Un tramo de cable de 30 metros o más es como una antena: recibirá sobretensiones incluso si hay rayos en las nubes. Pueden producirse sobretensiones similares incluso si los cables están enterrados, pero la mayoría de los instaladores coinciden en que el cableado de transmisión enterrado limita aún más la posibilidad de que se produzcan daños por rayos.
Una estrategia sencilla para reducir la susceptibilidad a las sobretensiones es la técnica del "par trenzado", que ayuda a igualar y anular cualquier tensión inducida entre los dos o más conductores. Puede ser difícil encontrar un cable de alimentación adecuado que ya esté trenzado, así que esto es lo que hay que hacer: Coloque un par de cables de alimentación a lo largo del suelo. Inserta un palo entre los cables y retuércelos. Cada 30 pies (10 m), alterna la dirección. (Esto es mucho más fácil que intentar retorcer toda la distancia en una sola dirección) A veces también se puede utilizar un taladro eléctrico para retorcer el cableado, dependiendo del tamaño del mismo. Sólo tienes que fijar los extremos del cableado en el portabrocas y dejar que la acción del taladro retuerza los cables. Asegúrese de hacer funcionar el taladro a la menor velocidad posible si prueba esta técnica.
No es necesario retorcer el cable de tierra con los cables de alimentación. Para los tendidos enterrados, utilice cable de cobre desnudo; si utiliza un conducto, pase el cable de tierra por fuera del conducto. El contacto adicional con la tierra mejorará la conexión a tierra del sistema.
Utilice cable de par trenzado para cualquier cable de comunicación o control (por ejemplo, un cable de interruptor de flotador para el cierre del depósito de una bomba de agua solar). Este cable de menor calibre está disponible en cables pretrenzados, de pares múltiples o simples. También puede adquirir un cable de par trenzado apantallado, que tiene una lámina metálica que rodea los hilos trenzados, y normalmente también un hilo de "drenaje" desnudo. Conecte a tierra el apantallamiento del cable y el hilo de drenaje sólo en un extremo, para eliminar la posibilidad de crear un bucle de tierra (camino menos directo a tierra) en el cableado.