Protector contra sobretensiones de baja tensión (SPD) en sistemas fotovoltaicos

Descripción general

Una sobretensión es un tipo de interferencia transitoria que provoca que la tensión instantánea en la red eléctrica supere la tensión nominal bajo ciertas condiciones. Generalmente, la sobretensión no dura mucho, pero su amplitud puede ser considerable. Un aumento repentino de la tensión en tan solo 1/1.000.000 de segundo, como en el caso de un rayo, la desconexión de una carga inductiva o la conexión de una carga de gran tamaño, puede tener un gran impacto en la red eléctrica. En la mayoría de los casos, si el equipo o circuito conectado a la red eléctrica no cuenta con protección contra sobretensiones, el dispositivo se dañará fácilmente, y el grado de daño estará relacionado con su capacidad de soportar tensiones.

Los sistemas fotovoltaicos están expuestos a grandes áreas al aire libre, generalmente en zonas naturales o sobre edificios. Las nubes de lluvia cargadas que se acumulan sobre estos lugares tienden a liberar cargas en forma de rayos. En este caso, es probable que se produzca una sobretensión. Cuanto mayor sea el espacio, mayor será la posibilidad de daños. Las sobretensiones pueden dañar fácilmente los equipos electrónicos hasta provocar una falla catastrófica. Si alguien se encuentra presente durante la sobretensión, también puede poner en peligro su seguridad personal.
Los sistemas fotovoltaicos mal protegidos sufrirán daños graves y repetidos, lo que generará elevados costes de mantenimiento y sustitución, tiempos de inactividad del sistema y pérdidas económicas. Los protectores contra sobretensiones (SPD) correctamente instalados minimizarán el impacto potencial de los rayos.

Para evitar que la alta energía atraviese los equipos electrónicos y cause daños por sobretensión al sistema fotovoltaico, es necesario que las sobretensiones tengan una conexión a tierra. Por ello, todas las superficies conductoras deben estar conectadas directamente a tierra, y todo el cableado de entrada y salida del sistema (como los cables Ethernet y las fuentes de alimentación de CA) debe estar conectado a tierra mediante protectores contra sobretensiones. Se requiere un protector contra sobretensiones para cada conjunto de cajas de paneles, cajas de distribución y aisladores de CC.

Clasificación de los protectores contra sobretensiones

Tipo 1

El protector contra sobretensiones de tipo 1 se recomienda para situaciones específicas en el sector servicios y edificios industriales, ya que protege los dispositivos eléctricos de los rayos directos y libera la corriente inversa causada por los rayos que se difunde desde el conductor conectado a tierra al conductor de la red.

El protector contra sobretensiones de tipo 1 se caracteriza por una onda de corriente de 10/350 μs.

El protector contra sobretensiones de tipo 1 se puede utilizar en el sistema fotovoltaico entre el conjunto fotovoltaico y el interruptor de aislamiento del servicio principal, que se utiliza principalmente en el inversor central.

Tipo 2

El protector contra sobretensiones tipo 2 es el sistema de protección principal para todos los dispositivos eléctricos de baja tensión y está diseñado para su uso en servicio. Se trata de un dispositivo ubicado en el lado de carga de un dispositivo de protección contra sobrecorriente; incluye un protector contra sobretensiones y una carcasa de plástico ubicada en el panel de distribución. El valor Imax es la corriente de descarga máxima individual, representada por la forma de onda de 8/20 μs, que el protector contra sobretensiones puede soportar.

Tipo 3

El tipo 3 se utiliza generalmente en equipos de distribución de energía en terminales. El protector contra sobretensiones debe ser un pararrayos con limitación de voltaje en serie, cuya capacidad de corriente de rayo no puede ser inferior a 10 kA. La longitud mínima del conductor instalado desde el panel de servicio eléctrico hasta el punto de uso es de 10 metros, y el conductor conectado al protector contra sobretensiones o utilizado para conectarlo no debe instalarse a menos de 10 metros de distancia.

Cómo seleccionar un protector contra sobretensiones para un sistema fotovoltaico

Debido a las características únicas de los sistemas fotovoltaicos, es necesario utilizar protectores contra sobretensiones diseñados específicamente para ellos. Para determinar cómo elegir el módulo protector contra sobretensiones adecuado para su sistema fotovoltaico y sus instalaciones, debe saber:

1. La temperatura de funcionamiento del sistema;
2. El voltaje del sistema;
3. La corriente nominal de cortocircuito del sistema.
4. Tipo de impacto de rayo (directo o indirecto)
5. Corriente de descarga nominal

Selección del protector contra sobretensiones en el lado de CA

El protector contra sobretensiones utilizado para proteger la medición de CA de los sistemas fotovoltaicos debe cumplir con los requisitos de la norma IEC 60364-5-53. En particular, se indica que la tensión de trabajo entre la línea de transmisión de CA y tierra, debido a la naturaleza técnica de la fuente de alimentación del inversor, no siempre es estandarizada. La selección del protector contra sobretensiones en el lado de CA debe considerar la distorsión de la forma de onda de la tensión de trabajo. Los picos significativos se conocen comúnmente como efectos de corriente armónica. Por lo tanto, al seleccionar un SPD, no solo se deben considerar los diversos parámetros principales disponibles, sino también un SPD con efecto antiarmónico.

Selección de protector contra sobretensiones en el lado de CC

El protector contra sobretensiones en el lado de CC del sistema fotovoltaico deberá cumplir con los requisitos de la norma IEC 61643-31.
En la selección, además de los parámetros principales básicos, preste especial atención a dos parámetros principales: Ucpv e Iscpv.
Ucpv: La tensión máxima de funcionamiento continuo Ucpv de todos los modos de seguridad SPD (positivo/negativo, positivo/tierra y negativo/tierra) debe ser mayor o igual que la tensión máxima de circuito abierto Uoc max del conjunto fotovoltaico en todas las condiciones de aplicación.
Iscpv: Cuando la batería se conecta al circuito de alimentación de CC, es necesario cumplir con regulaciones adicionales, ya que es probable que la corriente de cortocircuito que proporciona la batería sea mucho mayor que la corriente que puede suministrar el conjunto fotovoltaico.

Conclusión

Los daños causados por rayos son una de las principales amenazas para los sistemas fotovoltaicos durante su funcionamiento. Para garantizar el correcto funcionamiento del sistema, es fundamental instalar un protector contra sobretensiones adecuado en un lugar seguro.

ETEK Electric le ofrece diferentes tipos de dispositivos de protección contra sobretensiones. Si no está seguro de cómo encontrar el dispositivo que mejor se adapte a sus necesidades, consúltenos y le brindaremos asesoramiento integral.