seguridad y protecciones 2011 2012

8/2/2019 Seguridad y Protecciones 2011 2012

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Autor:

Pedro Gmez Vidal.

MSTER OFICIAL EN TECNOLOGA

DE LOS SISTEMAS DE ENERGA

SOLAR FOTOVOLTAICA

ASEGURIDAD Y PROTECCIONES.


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ndice

1. INTRODUCCIN.

2. GENERALIDADES.

2.1. El generador fotovoltaico.2.1.1. Comportamiento elctrico.2.1.2. Esquema de conexiones del generador.

2.2 Conexin a la red elctrica2.3 Proteccin.2.4. Riesgo elctrico en corriente continua.

3. PROTECCIN DE EQUIPOS.3.1 Proteccin frente a sobretensiones

3.1.1. Origen de las sobretensiones3.1.2. Capacidad de los equipos de soportar sobretensiones.3.1.3. Medidas de proteccin.

3.1.3.1. Medidas externas de proteccin.3.1.3.2. Medidas internas de proteccin.3.1.3.3. Dispositivos de proteccin.3.1.3.4. Criterios de seleccin e instalacin de los dispositivos.

3.2. Proteccin frente a sobreintensidades en la red de continua.3.2.1. Necesidad de la proteccin.3.2.2. Medidas de proteccin.

3.2.2.1. Proteccin con fusibles.3.2.2.2. Proteccin con magnetotrmicos.

4. PROTECCIN DE PERSONAS EN LA RED DC.4.1. Riesgo elctrico por contacto directo.4.2. Riesgo elctrico por contacto indirecto.4.3. Medidas de proteccin.

4.3.1. Proteccin por baja tensin de seguridad. Proteccin contra los contactosdirectos e indirectos

4.3.2. Medidas de proteccin contra contactos directos.4.3.3. Medida de proteccin contra contactos indirectos.

4.4. Dispositivos de proteccin.

5. PROTECCIN DE LA INTERCONEXIN.5.1. Condiciones tcnicas de carcter general.5.2. Dispositivos de proteccin.

6. INSTALACIN DE PUESTA A TIERRA.

7. REFERENCIAS


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1.- INTRODUCCIN.

En este bloque de la mqateria se analizan aspectos relativos a la seguridad y proteccin tantode equipos como de personas de los sistemas fotovoltaicos conectados a red. Para efectuareste anlisis la instalcin fotovotaica se puede dividir en tres partes bien difirenciadas: 1) red decorriente continua (generador fotovoltaico); 2) red cc/ca (Inversor); 3) red de corriente alternade baja tensin. En el caso de conexin en alta tensin, otra parte diferenciada sera el estudiodel centro de transformacin.

La novedad desde el punto de vista de la proteccin y seguridad est en la red de corrientecontinua el generador, donde debido a las peculiaridades en el funcionamiento de dicha red, elanlisis y diseo del sistema de proteccon son ms complejos. Garantizar la seguridad de laspersonas en la explotacin de las futuras instalaciones fotovoltaicas, ser uno de los requisitosfundamentales en una utilizacin a gran escala de este tipo de energa. Uno de los problemas

ms importantes para la seguridad es la dificultad para la eliminacin de la tensin de la zonade riesgo en defecto. En el caso de los circuitos de alterna el corte automtico de laalimentacin es una de las medidas ms utilizadas y exigidas por las distintas normativas parala proteccin. En los generadores fotovoltaicos, en los cuales las personas pueden accederinternamente a los mismos, hay que buscar otras tcnicas distintas a la de apertura decircuitos, ya que dicha apertura podra agravar la situacin al aumentar la tensin degeneracin.

Ante esta dificultad, se hace necesario disear del generador de modo que se minimice elriesgo elctrico en las distintas situaciones de defecto sin una necesidad inmediata de laeliminacin de la tensin. Las distintas posibildades de puesta a tierra del generadorfotovoltaico, lo que denominaremos como esquema de conexiones del generador, es el factorde diseo que ms va ha influir en la seguridad.

En este tema nos centraremos fundamentalmente en el estudio de la red de continua delgenerador fotovoltaico, de la interconexin con la red de distribuccin y aspectos de conjuntoen la proteccin de la instalacin. De la parte de la red de alterna solo se analizarn algunasnormas especificas de instalciones fotovoltaicas, dejando de analizar en profundidadreglamentos Electrotcnico de Baja Tensin.

2. GENERALIDADES.

2.1. El generador fotovoltaico.

2.1.1. Comportamiento elctrico

El comportamiento elctrico de un generador fotovoltaico viene determinado por sucaracterstica I-V , la cual depender de las condiciones meteorolgicas del lugar donde seencuentre instalado y de su propia constitucin.

La representacin de dicha caracterstica I-V del generador, tal como se muestra en la figura 1,nos determina su comportamiento elctrico.


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ISCG

IG

VGVOCG

AFuente de corriente

Fuente de

tensin

mxima

potencia

Figura 1. Comportamiento elctrico de un generador fotovoltaico. Curva I-V

El punto A de mxima potencia de generacin, situado en el codo de la curva, nos delimita doszonas importantes de este comportamiento elctrico. Desde VG = 0 hasta VG= VA elgenerador se comporta como una fuente real de intensidad con un valor de fuente ideal igual ala intensidad de cortocircuito IscG. Desde VG = VA hasta VG = VocG este se comporta como unafuente real de tensin de valor de fuente ideal igual a la tensin a circuito abierto VocG .

De cara a la proteccin a personas veremos ms adelante que este comportamiento esfundamental para determinar el ndice de riesgo ante distintos tipos de faltas ya que, segnsean las caractersticas de stas, el generador fotovoltaico trabajar en una modalidad u otra.

2.1.2 Esquema de conexiones del generador.

La distintas posibilidades de puesta a tierra de las masas metlicas y de las partes activas delgenerador fotovoltaico dan lugar a los distintos esquemas de conexin. En situaciones dedefecto, estos esquemas presentan, como se ver ms adelante, distintos modos defuncionamiento, distintos niveles de riesgo y distintas formas de efectuar el diseo de laproteccin.

Segn sea su objetivo, se pueden distinguir dos tipos de puesta a tierra dentro del generadorfotovoltaico, a las cuales se les denominar, siguiendo la terminologa usada en los circuitosde corriente alterna, tierra de servicio, tambin llamada tierra del sistema y tierra deproteccin, tambin llamada tierra de equipos.

A la tierra de servicio, si existe, se conectarn las partes activas (polo positivo o negaivo) del

lado de corriente continua del generador y tiene como misin fundamental estabilizar la tensinrespecto a tierra del generador.

A la tierra de proteccin se conectarn las partes metlicas del sistema, marcos de mdulos,estructuras soporte, cabinas metlicas, descargadores de sobretensin, pararrayos . . Tienecomo objetivos: evitar que estas partes metlicas adquieran tensiones peligrosas antedefectos de aislamiento; facilitar un camino fcil para la eliminacin de las sobretensiones quepuedan aparecer en el sistema; y derivar a tierra la energa de impactos de rayos en lossistemas captadores.

Aunque desde el punto de vista conceptual, como se ha apuntado anteriormente, existen dos

tierras con distintos objetivos, desde el punto de vista prctico, ambas tierras pueden coincidir


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El esquema c) corresponde a un generador puesto a tierra. En este caso una de las fasesactivas del generador est puesta a tierra. La puesta a tierra de proteccin se realiza en elmismo electrodo.

Como se analizar ms adelante los dos esquemas a utilizar seran el del generador flotante,esquema a), o el generador puesto a tierra con un nico electrodo, esquema c). El esquemab) no es aconsejable ya que es el que proporciona las peores condiciones de seguridad.

2.2. Conexin a la red elctrica.

La conexin a la red elctrica de los sistemas fotovoltaicos puede tener dos finalidades:inyectar en dicha red para su venta toda la energa generada; que la red acte como reguladorenergtico (absorbiendo o cediendo energa) del sistema fotovoltaico respecto a la cargaconectada.

Las condiciones de conexin con la red elctrica van a depender fundamentalmente de la

potencia del generador fotovoltaico respecto a la potencia de cortocircuito del punto deconexin, al objeto de no perturbar a otros usuarios de la red con: fluctuaciones de tensin enla conexin y desconexin del generador; desequilibrios introducidos en el sistema trifsico;perturbaciones en la forma de onda; etc

Ms adelante se analizarn las protecciones necesarias para garantizar la seguridad de laconexin. Para evitar que los defectos elctricos originados en la red de corriente continua delgenerador, se transfieran a la red de distribucin publica de corriente alterna, laReglamentacin exige una separacin galvnica entre ambos sistemas. Separacin que sepuede conseguir con un transformador de aislamiento situado entre el inversor y el punto deconexin en baja tensin, o el propio transformador del centro de transformacin si la conexinse realiza en alta tensin.

2.3. Aspectos de la proteccin.

El sistema de proteccin de una instalacin elctrica debe disearse para cumplir dosobjetivos:

a) Proteger a los equipos evitando su mal funcionamiento y deteriorob) Proteger a las personas frente a accidentes elctricos, evitando en primer lugar que

estos se produzcan y en el caso de que ocurran limitando la intensidad del choqueelctrico para que este no ocasione daos irreparables a la persona.

Proteccin de equipos

Las faltas elctricas que pueden aparecer en al instalacin y que pueden daar a los equiposson aquellas que hacen que se sobrepase los valores nominales de tensin e intensidad bajolos cuales estos han sido diseados, esto es, faltas que dan origen a sobretensiones ysobreintensidades en la instalacin. Los agentes externos (rayos ultravioletas, temperaturas,humedad, etc.) tambin pueden afectar a los equipos de la instalacin, por lo que es necesariorealizar una buena especificacin de los materiales de la instalacin frente a estos agentesexternos.


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Proteccin de personas

Los accidentes con riesgo elctrico para las personas pueden ser de dos tipos:

a) Contactos directos: se trata del contacto accidental de personas con partes activasde la instalacin. El accidente se puede producir por el contacto con el polo positivoo negativo y derivacin por tierra o masas, o por el contacto simultneo con los dospolos. Este tipo de defectos generalmente involucra una cierta responsabilidad de lapersona afectada, ya que se suele producir en tareas de mantenimiento, revisinetc.

b) Contactos indirectos: contactos de personas con masas metlicas que puedanquedar accidentalmente en tensin como consecuencia de una bajada deaislamiento entre las partes activas de la instalacin y estas. Este tipo de defectosse presentan sin que las personas tengan ningn tipo de responsabilidad en elaccidente, ya que las zonas de defectos son zonas de contacto habituales y sinriesgo si existe un aislamiento adecuado.

El tratamiento de la proteccin en la parte de la red de continua depender en gran medida delesquema de conexiones del generador fotovoltaico tal como se analizar en captulosposteriores.

2.4. Riesgo elctrico en corriente continua. Parmetros de riesgo.

Para poder estudiar la seguridad en una instalacin, y en consecuencia adoptar las medidasde proteccin ms adecuadas, es necesario conocer como se comporta el ser humano cuandose ve afectado por la corriente elctrica.

Experimentalmente se ha demostrado que para un mismo trayecto de la corriente a travs delcuerpo humano el peligro en que incurren las personas depende esencialmente de laintensidad y del tiempo de paso de la corriente. En base a dichos experimentos y en funcin delos efectos que la corriente elctrica produce en el cuerpo humano, se han trazado curvasintensidad/tiempo las cuales delimitan distintas zonas de riesgo.

Al depender tambin el riesgo de la naturaleza de la corriente (frecuencia) las curvas se hanestablecido tanto para corriente alterna ( 15 A 100 Hz) como para corriente continua. Paraproducir el mismo ndice de riesgo las intensidades necesarias en corriente continua son dedos a cuatro veces superiores a las de corriente alterna

En la figura 3 se reproducen las zonas tiempo/corriente de los efectos de la corriente continua[1]. Estas curvas son la base para el estudio de la proteccin en estas instalaciones. Ladescripcin de las distintas zonas se recoge en la tabla I [1].


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Figura 3. Zonas tiempo/corriente de los efectos de la corriente continua en el cuerpo humano. Ladescripcin de las zonas se recoge en la tabla I

TABLA I: Descripcin de las zonas tiempo/corriente de la figura 1

zona Lmites de la zona Efectos fisiolgicos

DC-1

DC-2

DC-3

DC-4

DC -4.1

DC-4.2

DC-4.3

Hasta 2 mA lnea a.

De 2 mA hasta la lnea b

De la lnea b hasta lacurva c1

Por encima de la curva c1

c1- c2

c2- c3

Por encima de la curva c3

Habitualmente ninguna reaccin. Ligera sensacin de picazn cuando se

establece y se interrumpe la corriente.

Habitualmente ningn efecto fisiolgico nocivo.

Habitualmente ningn dao orgnico. El aumento de la corriente y del tiempoes susceptible de provocar perturbaciones reversibles de formacin y de

conduccin de impulsos del corazn.

El aumento de la corriente y del tiempo provoca efectos patofisiolgicos

peligrosos, por ejemplo quemaduras profundas aadiendose a los efectos de

la zona 3.

Probabilidad de fibrilacin ventricular aumentando hasta el 5 %

aproximadamente.

Probabilidad de fibrilacin ventricular aumentando hasta el 50 %

aproximadamente.

Probabilidad de fibrilacin ventricular superior al 50 %

Estas curvas se han obtenido para corrientes ascendentes , pies en el positivo manos en elnegativo, ms peligrosas que las descendentes, manos en el positivo pies en el negativo.. Elumbral de fibrilacin ventricular para corrientes descendentes es aproximadamente dos vecesmayor que las ascendentes [1].

La zona DC-4 de la figura supone una situacin de alto riesgo debido a la alta probabilidad dela aparicin de fibrilacin ventricular. En la zona DC-2 no existe ningn efecto fisiolgicopeligroso y en la zona DC -3 no se produce normalmente ningn dao orgnico.

En el caso de instalaciones de corriente alterna y corriente continua, la curva de seguridadadoptada, tal como se recoge en las correspondientes normativas [3], se sita dentro de la


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zona DC-3 y prxima a la curva c1 de riesgo por fibrilacin ventricular. Esta curva determinapor tanto los valores mximos de intensidad-tiempo que en la proteccin no se deben superar.

De acuerdo con lo anterior el lmite de intensidad para la actuacin de los dispositivos decorriente diferencial se sita en 30 mA para corriente alterna [3] valor asinttico cerca de lacurva C1) el valor equivalente para el caso de corriente continua se situara aproximadamenteen los 100 mA

La curva de seguridad intensidad-tiempo no es, en la mayora de las instalaciones,directamente aplicable para concebir la proteccin contra choques elctricos. En la prctica esms usual establecer el lmite admisible de tensin de contacto ( producto de la corriente quepasa por el cuerpo y su impedancia) en funcin del tiempo.

Para la obtencin de dichas curvas es necesario conocer la impedancia del cuerpo humano.Esta impedancia no es constante sino que depende del valor de la tensin aplicada y de otrosaspectos como: caractersticas de la persona; trayecto de la corriente, estado de humedad dela piel; frecuencia de la corriente etc.

En la tabla II se dan, para corriente continua y en condiciones de piel hmeda (hmeda porel sudor, estado habitual de una persona), los valores de la resistencia del cuerpo en funcinde la tensin aplicada y el porcentaje de poblacin [1].

En el caso de considerar otras condiciones del estado de la piel (mojada, inmersa ) los valoresapuntados en la tabla II pueden reducirse en ms de la mitad.

TABLA II: Resistencia total del cuerpo humano para corrient ontinua [1]

Tensin decontacto

V

Valores de la resistencia del cuerpo humano que no son sobrepasados por el

5 % de la poblacin 50 % de la poblacin 95 % de la poblacin2550

75100

125220

7001000

22001750

15101340

12301000

750700

38752990

24702070

17501350

11001050

88005300

40003400

30002125

15501500

Valorasinttico

650 750 850

Esta variacin de la impedancia en funcin de las caractersticas de la persona y estado de lapiel, ha obligado a las normativas vigentes ha establecer distintas curvas lmites de tensin decontacto-tiempo segn las condiciones del lugar de la instalacin. Fundamentalmente seestablecen tres condiciones: emplazamientos secos (BB1); emplazamientos hmedos (BB2); oemplazamientos mojados (BB3)

En la Figura 4 se representa las curvas lmite de tensin de contacto- tiempo para cada unode dichos emplazamientos. Las asntotas verticales de dichas curvas son las tensiones lmitede seguridad UL: DC(120 V, 75 V y 25 V) AC (50 V, 25 V, 12 V)


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Figura 4. Curvas de la tensin de contacto mxima en funcin del tiempo para emplazamientossecos, hmedos o mojados.

Como conclusin de los datos recogidos en [1],[3] el diseo de la proteccin en instalacionesde corriente continua se debe realizar en base los siguientes parmetros de riesgo.

Intensidad lmite por la persona: 100 mATensin lmite aplicada a la persona UL (5 sg.):

25 V emplazamientos mojados75 V emplazamientos humedos

120 V emplazamientos secos


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3. PROTECCIN DE EQUIPOS.

3.1. Proteccin frente a sobretensiones.

3.1.1. Origen de las sobretensiones.

Las sobretensiones constituyen el mayor factor de riesgo para los equipos de las instalacionesfotovoltaicas. Las sobretensiones ms importantes tienen su origen en descargas de rayos oen sobretensiones generadas en la propia red elctrica (conexin y desconexin deinterruptores; transitorios; cortocircuitos; prdidas de carga; resonancias; etc.) y que puedenllegar a la instalacin por los cables de conexin.

Las sobretensiones de origen atmosfrico son las ms destructivas y se pueden clasificar en,ver figura 5:

1) Sobretensiones producidas por descargas directas en la instalacin.2) Sobretensiones producidas por descargas en el entorno prximo a la instalacin.3) Sobretensiones producidas por descargas lejanas y que llegan por la red de conexin.

Figura 5. Origen de las sobretensiones

En las descargas directas la corriente del rayo se derivar a tierra por los sistemas deproteccin externa (pararrayos) y en caso de no existir por los caminos de la instalacin quepresente menor resistencia. Como consecuencia de esta descarga se pueden producirsobretensiones en la instalacin por dos motivos: a) por la cada de tensin en la resistenciadel electrodo de tierra; b) por las tensiones inducidas en los bucles de la instalacin; ver figura6.


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Figura 6. Sobretensiones originadas por cadas directas de rayo en la instalacin

La magnitud de estas sobretensiones depende de la intensidad de la descarga del rayo, valorde la resistencia de puesta a tierra RT, y valor de K que depende del tamao y proximidad delbucle. Para reducir su magnitud, hay que evitar la formacin de grandes espiras en elcableado del generador y reducir la resistencia de puesta a tierra de los dispositivos decaptacin y descarga a tierra de rayos.Respecto a las descargas no directas, estas se pueden producir en las proximidades de lainstalacin, originndose sobretensiones inducidas en los bucles del generador; o lejanas sobrelas lneas elctricas de alta tensin, propagndose la onda de sobretensin por dicha lneahacia la instalacin.

3.1.2. Capacidad de los equipos de soportar sobretensiones.

La ITC-23 del Reglamento de B.T. determina por categoras la capacidad de los equipos parasoportar sobretensiones. Las categoras indican los valores de tensin que dichos equiposdeben soportar, a su vez, tambin determinan el valor lmite mximo de tensin que debenpermitir los diferentes dispositivos de proteccin

Categora I: Equipos muy sensibles a las sobretensiones, ejjemplo: ordenadores,equipos electrnicos, etc

Categora II: ejemplo: electrodomsticos, herramientas porttiles ..

Categora III: Se aplica a los equipos y materiales que forman parte de la instalacin elctrica fija, ejemplo: armarios de distribucin, embarrados, aparamenta


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Categora IV: Se aplica a los equipos y materiales que se conectan en el origen dela instalacin, ejemplo: contadores de energa, aparatos de telemedida, equiposprincipales de proteccin contra sobreintensidades...

En la tabla III se indica los valores de tensin que deben soportar

Tabla III: categoras de sobretensiones

3.1.3. Medidas de proteccin.

Los generadores fotovoltaicos, debido a sus posibles ubicaciones y por las extensas superficiesque pueden llegar a ocupar, son instalaciones que se encuentran expuestas a los impactosdirectos e indirectos de rayos. El riesgo potencial de la instalacin depender del tamao delgenerador y del nivel de riesgo de cada de rayos (nivel isocerulico) de la zona donde este seencuentre ubicado.

Las medidas de proteccin empleadas contra las descargas de rayos y sobretensionesoriginadas en la instalacin, con origen en la propia descarga o procedentes de la red deconexin, se pueden dividir en dos bloques: 1) proteccin externa; 2) proteccin interna. Eluso conjunto en la instalacin de los dos bloques de medida constituye lo que se denominaproteccin integral contra rayos y sobretensiones.

3.1.3.1. Sistema de proteccin externa contra rayos.

El sistema de proteccin externa contra rayos es el conjunto de elementos situados en elespacio a proteger y que sirven para captar y derivar la corriente del rayo a tierra. El sistema

comprende un dispositivo captador, derivadores o bajadas y la puesta a tierra.

Su funcin es atraer el rayo y facilitar su descarga a tierra e impedir que lo haga sobre la propiainstalacin. La dificultad de utilizacin de este sistema de proteccin en las aplicacionesfotovoltaicas esta en las grandes superficies que tiene que cubrir el captador y su ubicacinen zonas que no proyecten sombras sobre los paneles. Esto hace que en la actualidad suutilizacin solo se plantee en zonas de muy alto nivel isoceranico.

No esta en el alcance de este tema, por su extensin, el diseo de los dispositivos decaptacin, para su estudio se puede consultar la Norma UNE 21185 (equivalente a la CEI1024-1) [5].


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3.1.3.2. Sistema interno de proteccin.

El sistema interno de proteccin lo constituyen la instalacin de medidas encaminadas areducir y evitar los efectos que producen las sobretensiones originadas por la descarga delrayo y los campos electromagnticos asociados, as como las sobretensiones transmitidas porlas lneas de conexin.

La proteccin interna se basa en dos medidas de proteccin:

1) Conexin equipotencial: la proteccin se basa en unir la estructura metlica,elementos metlicos de dispositivos, elementos conductores externos, circuitoselctricos y de comunicacin (a travs de limitadores de sobretensin) a un a barrade conexin equipotencial y esta a tierra. El sistema de proteccin se basa enconseguir la equipotencialidad de las tierras utilizando un nico electrodo de puestaa tierra para toda la instalacin. Esto evita que, ante una descarga del rayo,aparezcan diferencial de potencial entre los distintos elementos del sistema.

2) Instalacin de descargadores de sobretensin: Son elementos encargados delimitar, mediante descargas a tierra, los valores permitidos de sobretensin en losdispositivos de la instalacin. Un anlisis de estos elementos se realiza en elsiguiente apartado.

3.1.3.3. Descargadores de sobretensin.

Los descargadores son elementos que actan como un interruptor controlado por tensin. Si latensin en el dispositivo es mayor que un determinado nivel, pasa a un valor de bajaimpedancia y deriva a tierra. En estado de tensin nominal el dispositivo presenta una altaimpedancia y se comporta como un circuito abierto.

El descargador ideal debe ser capaz de derivar a tierra la intensidad mxima generada por lasobretensin y adems con una tensin residual en sus extremos (nivel de proteccin) menorque la soportada por el equipo a proteger. En general es difcil conseguir en un mismodescargador un alto poder de descarga y un bajo nivel de tensin residual, esto se puedeconseguir, como se ver ms adelante con una proteccin escalonada o bien con el uso de losdenominados descargadores combinados.

Los dispositivos de proteccin se clasifican en funcin de la capacidad de descarga, cargaenergtica de la onda que pueden soportar. Esta onda viene definida por un valor de pico, untiempo de subida (0 hasta el 90% del valor mximo) y un tiempo de descenso (del valormximo hasta el 50 % de dicho valor). La capacidad de descarga se define con el valor de pico

para unos determinados tiempos de subida y de bajada. Por ejemplo en la figura 7 serepresenta una onda de descarga de 60 kA (8/20 s)


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Figura 7. Onda de descarga

Los parmetros ms importantes que definen y que sirven para seleccionar estos dispositivosson:

- Tensin nominal UN: se corresponde con la tensin del sistema que se deseaproteger

- Tensin mxima en rgimen permanente UC: es la tensin mxima que despus de

la actuacin del descargador garantiza la reposicin del servicio normal de lainstalacin.

- Corriente nominal de descarga Isn: es el valor de cresta que es capaz de descargar20 veces con una forma de onda 8/20 s.

- Corriente mxima de descarga Imx.: es el valor de cresta que es capaz dedescargar en una sola ocasin con una forma de onda 8/20 s.

- Nivel de proteccin Up: es el nivel de tensin residual que queda despus de laactuacin del dispositivo.

En funcin de la capacidad de descarga estos dispositivos se pueden clasificar en:

- Descargadores tipo 1: Gran capacidad de descarga; altas tensiones residuales,tambin denominados descargadores clase B (clase 1)

- Descargadores tipo 2: Media capacidad de descarga, menores tensiones residuales,Tambin denominados descargadores clase C (clase 2)

- Descargadores tipo 3: Baja capacidad de descarga, bajas tensiones residuales,tambin denominados descargadores clase D (clase 3)

Tambin estn los denominados Descargadores combinados A+B (TIPO 1 +TIPO 2) que

combina gran capacidad de descarga con bajas tensiones residuales


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3.1.3.4. Criterios de seleccin e instalacin de los dispositivos.

La seleccin de las caratersticas de los dispositivos de proteccin y su ubicacin en lainstalacin, presenta mltiples variantes en funcin del nivel de proteccin que se quieraadoptar y de las caractersticas de la instalacin: tamao; existencia o no de proteccinexterna; caractersticas de la red elctrica de conexin; nivel de tensin soportado por loselementos; etc..

Se pueden distinguir tres partes diferenciadas para la proteccin: el campo de paneles; elinversor y la red de alterna de baja tensin. En la figura 8 se muestra un posible esquema dela proteccin frente a sobretensiones de una instalacin fotovoltaica. Como se observa endicha figura, las msas metlicas, los descargadores, la proteccin externa si existe, seconectan, a travs de una barra equipotencial, a un mismo electrodo de tierra. Con esto seevita que aparecan tensiones peligrosas entre distintos elementos de la instalacin si elpontencial de tierra se eleva por descargas directas o prximas de rayos.

Red de corriente continua del campo de paneles

En la red de corriente continua se debe proteger por un lado los mdulos y dems elementosdel campo fotovoltaico y por otro el inversor. Dada que la proteccin es ms efeciva cuandoms cerca se encuentra el descargador del equipo a proteger se aconseja ponerdescargadores en las cajas de conexin del campo de paneles y en la caja de conexin con elinversor (si el inversor de fbrica no incorpora esta proteccin) .

Figura 8: Esquema de la proteccin frente a sobretensiones en una instalcin fotovoltaica.

Estos descargadores de sobretensin, marcados con 1 en el esquema de la figura 8; deben serde clase C (clase II). Como norma no es necesaria la instalacin de un tercer descargadorentre el positivo y el negativo. Los dos descargadores conectados entre el positivo y negativo yun punto comn que se conecta a la barra equipotencial, limitan las tensiones transversalesinducidas en las espiras del generador al doble del nivel de proteccin de uno de ellos. Solo enel caso de existir proteccin externa contra el rayo sera recomendable su instalacin.

La tensin nominal del descargador se debe escoger en base a la mxima tensin de vacio del

generador fotovoltaico. Para tensiones de vacio elevadas del generador, por encima de los600 V cc, un tercer descargador en serie con los anteriores nos puede permitir llegar al nivel


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deseado de tensin. Como corriente nominal de descarga se debe escoger no menos de 10kA en instalaciones sin proteccin externa y no menos de 20 kA en instalaciones conproteccin externa. En la figura 9, se muestran, en funcin de lo anterior, distintos esquemasde proteccin para esta parte de la instalacin.

Figura 9: Distintos esquemas de proteccin frente a sobretensiones del campo de paneles.

Red de corriente alterna

Los desacargadores marcados con 2 y 3 en el esquema de la figura 8 son los encargados de laproteccin frente a sobretensiones procedentes de la red elctrica.

Para aquellas instalaciones situadas en el campo o con conexin a travs de acometidasareas, con alto riesgo de cada directa del rayo, se aconseja la instalacin de descaragdorcombinado clase A+B.

Para el esquema de distribuccin TT, esquema utilizado en Espaa, los descargadores deproteccin se deben instalar entre las fases y el neutro y adems entre el neutro y el conductor

de proteccin (conductor que conecta con la puesta a tierra de la instalacin), ver esquema dela figura 8.

3.2. Proteccin frente a sobrecargas y sobreintensidades en la red de continua.

3.2.1. Necesidad de la proteccin.

La proteccin frente a sobreintensidades en la red de continua del generador fotovoltaico tieneun tratamiento muy distinto al realizado para los circuitos de baja tensin de corriente alterna.


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La diferencia fundamental est en el orden de magnitud de las corrientes que se puedengeneral en condiciones de defecto por cortocircuitos o sobrecargas. Para un generadorfotovoltaico su corriente de cortocircuito es solo del 7 al 10 % superior a la corriente de mximapotencia. Con estos valores de intensidad, prximos a los nominales, no sera necesaria ningntipo de proteccin si se dimensionan los conductores para el valor de la corriente decortocircuito. As, la Norma IEC 60364-7-712 prescrive que la proteccin frente a sobrecargasse puede omitir si los cables se dimensionan para un valor superior a 1,25 veces la intensidadde cortocircuito en el punto de localizacin del conductor.

Desde el punto de vista econmico esto sera factible en pequeos generadores con pocasramas actuando en paralelo. En grandes instalaciones, con un gran nmero de ramas actuandoen paralelo, el prescindir de la proteccin obligara a un sobredimensionamiento de los cables ya un gran riesgo de dao para los paneles del generador.

Por ejemplo, analicemos el esquema de la figura 10 de un generador que tiene dos campos depaneles cada uno con tres ramas en paralelo. Si IA es la corriente de mxima potencia de

rama, en situaciones normales de funcionamiento, la intensidad IB sera 3 veces IA y laintensidad IC 6 veces IA.

Figura 10: Esquema intensidades circuito cc de un generador

Si llamamos IACS a la corriente de cortocircuito de rama, de magnitud similar a IA (1,06 a 1,1 IA),ante un cortocircuito en una de las ramas del generador, ver figura 11, la magnitud de lacorriente de cortocircuito por los cables localizados en A y en la rama cortocircuitada sera decinco veces el valor de la intensidad IACS, por los cables localizados en B de 3 veces y no estanafectados los cables localizados en C.

Para un cortocircuito localizado en B las intensidades seran: IACS apara los cables localizadosen A; 3 veces IACS para los localizados en B y no estan afectados los cables localizados en C.Y para un cortocircuito localizado en C: IACS para los cables localizados en A; 3 veces IACS paralos localizados en B y seis IACS veces para los localizados en C.


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Figura 11: Esquema de intensidades de cortocircuito en el lado cc de un generador

Esto significa que para los cables localizados en B y C los cortocircuitos en el campo depaneles ocasionan por ellos intensidades del orden de la nominal y si se dimensionan con1,25 veces el valor de esta intensidad, no sera necesario ningn tipo de proteccin (IEC60364-7-712).

Para los cables localizados en A la intensidad es del orden de 5 veces y obligara adimensionar los cables a un valor de:

ACSI 525,1

En general para un generador con n ramas en paralelo la intensidad para dimensionar los

cables de las ramas, sin medidas de proteccin, sera de orden de ACSIn )1(25,1 .

En generadores de gran tamao y con un gran nmero de ramas en paralelo no ponerproteccin sera una medida inviable desde el punto de vista econmico.

Otros defectos que tambin pueden ocasionar sobrecargas de ramas es el del sombreadoparcial de mdulos que puede hacer que las corrientes generadas por unas ramas se derivenpor otras.

La probabilidad de que se originen cortocircuitos en el generador va a depender en granmedida del esquema de conexiones adoptado en su diseo. De los dos esquemas posibles

esquemas, generador flotante y generador puesto a tierra en un nico electrodo, esquemas dela figura 2 a y 2 c respectivamente, el flotante es el que ofrece mayor seguridad.

En efecto, en un generador flotante, ver figura 12a, un primer defecto de aislamiento no originacorrientes de defecto ya que no se cierra ningn circuito. Se necesita un segundo defecto paraproducir un cortocircuito de las zonas afectadas. En un generador puesto a tierra, ver figura12b, un primer defecto de aislamiento produce directamenta un cortocircuito al cerrar el circuitocon la puesta a tierra del generador.


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Figura 12: Defectos de aislamiento y posibles cortocircuitos en las ramas del generador

3.2.2. Medidas de proteccin.

Las medidas que se pueden utilizar para evitar las sobreintensidades en las ramas delgenerador consisten en la instalacin de alguno de los siguientes dispositivos de proteccin:

a) Instalacin de diodos de bloqueo.b) Instalacin de fusibles.c) Instalacin de interruptores magnetotrmicos.

Los diodos de bloqueo evitan que la corriente generada por unas ramas del generador pueda

derivarse por otras. La tensin de disrupcin de estos diodos debe ser del orden de dos vecesla tensin a circuito abierto del generador fotovoltaico. En la figura 13 a se muestra lacolocacin de estos dispositivos en las ramas del generador para evitar los flujos de corrienteinversa de rama.

La utilizacin de estos diodos de bloqueo como elementos de proteccin cada da es mscuestionada por ser fuente de problemas, fundamentalmente por la alta tasa de averas y porlas prdidas de energa que ocasionan en la instalacin.

Figura 13: Posibles medidas de proteccin frente a sobrecargas y sobreintensidades.


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3.2.2.1. Proteccin con fusibles.

El empleo de fusible es otra de las opciones para evitar las sobreintensidades de rama. En lafigura 13 b, se muestra esta proteccin. El fusible se debe escoger de manera que garantice unlmite mximo de intensidad que sea soportado por los elementos de la instalacin. Para unacorrecta eleccin se deben seguir las siguientes recomendaciones:

- Dada las condiciones de trabajo y para garantizar la proteccin se deben de utilizarfusibles de rango completo tipo (gR) y apto para su uso en corriente continua.

- Cada zona de proteccin debe estar equipada con dos fusibles uno colocado en lapolaridad positiva y otro en la polaridad negativa.

- La tensin asignada mnima del fusible VDCfusible debe ser mayor a 1,1 veces la tensinmxima a circuito abierto del generador VOCG (STC) .

- La corriente asiganda del fusible se debe escoger para que no produzca su fusin en

condiciones normales de funcionamiento y que adems garantice un lmite mximo deintensidad que sea soportado por los elementos de la instalacin.

Un criterio extendido en el campo de la fotovoltaica es escoger un fusible con las siguientescaractersticas:

.,25,1 mdSCfusiblen II para los fusibles de rama.

.,25,1 mdSCfusiblen INpI para los fusibles de conexin de

subgeneradores con Np ramas en paralelo.

.,1,1 mdOCGfusiblen VmV m=nmero de mdulos en serie

3.2.2.2. Proteccin con magnetotrmicos.

El empleo de interruptores magnetotrmicos es la opcin ms interesante para la proteccinfrente a sobreintensidades. Los fabricantes estn ya ofertando estos dispositivos para suutilizacin en corriente continua, y especficos para aplicaciones fotovoltaicas con tensiones dede ms 800 voltios CC. En la figura 13 c se muestra el esquema con esta proteccin.

Las ventajas del interruptor magnetotrmico frente al fusible son:

- No introduce prdidas en el circuito, prdidas de energa que se producen por la cadade tensin en el propio fusible (0,5 al 1 %)

- No necesitan reposicin en caso de actuacin.- Permiten separar, incluso bajo carga, y aislar de una manera fcil los circuitos para

poder efectuar trabajos de reparacin o mantenimiento- Presenta una mejor curva de proteccin.


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- Posibilidad de sealizacin del estado del interruptor para detectar y reparar lo msrpidamente posible las ramas afectadas. Esto evita prdidas innecesarias de energapor no produccin de las ramas abiertas del generador.

De acuerdo con el esquema es recomendable utilizar magnetotrmicos con dos polosque corten el positivo y el negativo, en caso de tensiones elevadas se puede recurrir acolocar dos en serie con le que se pueden llega a tensiones de hasta 12000 V CC.

Las caractersticas de funcionamiento del dispositivo para proteger contra sobrecargas debensatisfacer las dos condiciones siguientes:

ZZnB

IIIII 45,12

Siendo:

IB corriente para la que se ha diseado el circuitoIZ corriente mxima admisible del circuitoIn corriente asignada del interruptorI2 corriente que asegura la actuacin del dispositivo

De los tres clases de curvas de disparo magntico que se definen para estos dispositivos:curva B disparo magntico Im = (3 a 5) In; curva C disparo magntico Im = (5 a 10) In; ycurva D disparo magntico Im = (10 a 20) In, es recomendable escoger , al no existirproblemas de transitorios en esta parte de la instalacin, interruptores con curvas de disparoB.

Para finalizar este apartado, es obligatorio, para llevar a cabo trabajos de reparacin y/omantenimiento, instalar un interruptor de corte en carga (IEC 60364-7-712) que permitaseparar el inversor del generador fotovoltaico.

4. PROTECCIN DE PERSONAS EN LA RED DE CONTINUA.

4.1. Riesgo elctrico por contacto directo.

En este apartado se va a analizar el riesgo de choque elctrico que puede sufrir una personaante un accidente por contacto directo con las partes activas de la instalacin. Para ello se va

a analizar el circuito equivalente a dicho defecto en cada uno de los esquemas de conexionesdel generador.


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En la figura 14 se representa un generador fotovoltaico en el cual se ha producido unaccidente elctrico por contacto directo en uno de los polos del generador.

Figura 14: Contacto directo en un generador fotovoltaico.

En generadores puestos a tierra, ver figura 14a, el circuito de defecto se cierra a travs de lapersona y la toma de tierra de servicio. Para el generador supone la conexin de una cargaformada por tres resistencias conectadas en serie: la resistencia de la toma de tierra deservicio RT; la propia resistencia de la persona que produce el defecto RHB, ver Tabla II; laresistencia que presenta la pisada de la persona RS (esta resistencia depender del tipo decalzado, tipo de suelo etc.).

Al ser la resistencia de la persona de un valor relativamente elevado > 650 Ohmios, el nivel detensin del generador prcticamente no vendr afectado por el defecto y por tanto este seguirfuncionando en el mismo punto de trabajo donde se encontraba.

La corriente de defecto que circula por la persona se puede determinar por medio de laexpresin:

TSHB

OCGF

RRR

VI

En dicha expresin se ha supuesto el generador trabajando en vaco, condicin que da losvalores de mxima tensin de generacin, valor VOCG. Para generadores fotovoltaicos puestosa tierra, con valores de tensiones de generacin elevadas, el contacto directo, supone unasituacin de gran riesgo al obtener valores de IF muy por encima de los lmites aceptados porla persona (100 mA).

En generadores flotantes y en condiciones normales de funcionamiento, la red de continua seencuentra aislada de tierra, siendo la nica unin con esta la propia impedancia de fuga de lared. Esta impedancia se caracteriza por unos valores de resistencia del orden de MegaOhmiosy de capacidad de microfaradios. Al ser la red de continua, la componente capacitiva presentauna impedancia de valor infinito, siendo por tanto la resistencia la nica componente quepuede originar en rgimen permanente caminos para la corriente de defecto.

Esta resistencia de aislamiento RISO, ser un resistencia distribuida a lo largo de toda lainstalacin y su valor depender de factores como: calidad de los aislantes empleados,envejecimiento de estos aislantes, calidad en la ejecucin de la instalacin, condiciones


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climticas, en especial de la humedad, tamao del generador, etc. El orden de magnitudpara una instalacin nueva oscilar, dependiendo de su tamao y del estado de humedad,entre decenas de K y M .

La corriente de defecto que circula por la persona se puede determinar ahora por medio de laexpresin:

ISOSHB

OCGF

RRR

VI

Para un generador flotante con un buen aislamiento (Riso elevada), el valor de la intensidad dedefecto es prcticamente despreciable y en teora un contacto directo no supone una situacinde riesgo para la persona. El propio diseo del generador constituye en si una medida deproteccin frente a los contactos directos

4.2. Riesgo elctrico por contacto indirecto.

El riesgo por contacto indirecto va a ser funcin del nivel de tensin que adquieren las masasmetlicas de la instalacin como consecuencia de un defecto de aislamiento entre las partesactivas de la instalacin y estas. La situacin ms desfavorable se presenta en defectosfrancos, esto es, uniones sin resistencia de las partes activas del generador con las masas.

En la figura 15 se representa esta situacin para cada uno de los posibles esquemas deconexiones utilizados en el generador: generador flotante; y generador puesto a tierra.

En el generador puesto a tierra, figura 15 a, un defecto de aislamiento franco representa uncortocircuito de la zona afectada del generador. La intensidad mxima de defecto IF ser suintensidad de cortocircuito ISCG.

Figura 15: Contacto indirecto en un generador fotovoltaico.

En este caso, al no cerrarse el circuito por tierra, la corriente de difusin a tierra es cero y portanto tambin el potencial que adquiere el punto A de la toma de tierra. Al no adquirir lasmasas potencial, el propio diseo de esta configuracin elimina el riesgo por contactoindirecto.

Para el generador flotante, figura 15 b, tampoco existe riesgo por contacto indirecto ya que un

primer defecto de aislamiento tampoco eleva el potencial de las masas al no cerrarse el circuito


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por tierra. Un segundo defecto nos llevara al caso anteriormente analizado de generadorpuesto a tierra.

4.3. Medidas de proteccin.

Fundamentalmente existen tres bloques de medidas, cada uno de los cuales persigue unosobjetivos distintos a la hora de establecer la proteccin:

a) Proteccin por baja tensin. Obligando a que la tensin de generacin mxima seainferior al valor de tensin lmite de seguridad, valores analizados en punto 2.4..

b) Proteccin por aislamiento. Por un lado evitando que las partes activas seanaccesibles a las personas y por otro reforzando el aislamiento para impedir loscontactos indirectos.

c) Proteccin por corte automtico de la alimentacin o eliminacin de la tensin de

generacin, con la instalacin de dispositivos que acten cuando se produce eldefecto.

En los bloques a y b la seguridad de las personas se confa al diseo de la propia instalacin,las medidas adoptadas las podramos denominar como medidas pasivas de proteccin. En elbloque c) la seguridad se confa a dispositivos de vigilancia que actan por modificacin devariables de referencia, las medidas adoptadas las podemos denominar como medidas activasde proteccin.

Analicemos a continuacin lo que las normas en vigor prescriben respecto a la proteccin ensistemas elctricos, y su adaptacin a los circuitos de corriente continua del generador. Nosbasamos en: la Norma Espaola UNE 20460 de instalaciones elctricas en edificios, la cual

se corresponde con la norma internacional CEI-364, y que tiene un campo de actuacin dehasta 1000 voltios en corriente alterna y 1500 V en corriente continua (Concretamente nosbasamos en la parte 4-41[3] y la 4-47 [4] de dicha norma); y en el Reglamento Electrotcnicopara Baja Tensin.

4.3.1. Proteccin por baja tensin de seguridad. Proteccin contra los contactos directose indirectos

La medida de proteccin est basada en utilizar una tensin de generacin por debajo de latensin lmite de seguridad, para corriente continua este valor de tensin lmite lo fija la ITC-BT-36 en 75 V.

Para que esta medida de proteccin sea vlida, se exige adems que el inversor sea unafuente de seguridad, que permita una separacin de circuitos entre el lado de alterna y decontinua, en los trminos apuntados en [3] y equivalente a un transformador de seguridad.

El valor mximo de 75V para la tensin de generacin, hacen que esta medida de proteccinno sea interesante en su aplicacin a instalaciones fotovoltaicas. El trabajar con bajos valoresde tensin supone emplear grandes corrientes con el consiguiente aumento de prdidas en lainstalacin.


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4.3.2. Medidas de proteccin contra contactos directos.

La proteccin principal se basa en la aplicacin de las medidas necesarias para impedir elcontacto de las personas con las partes activas de la instalacin. Estas medidas consistirnen:

a) recubrimiento de las partes activas con material aislante.b) Interposicin de barreras o envolventes.c) Interposicin de obstculos.d) Puesta fuera de alcance por alejamiento.

Como proteccin auxiliar se pueden utilizar:

Red de alterna de salida del inversor, dispositivos de corriente diferencialresidual ajustados para una corriente de disparo de 30 mA.

Red de continua del generador:

Generadores flotentes. De acuerdo con el apartado 4.1, si la resistencia deaislamiento RISO es elevada esta configuracin no presentan riesgo por contactosdirectos. Un dispositivo que vigile esta condicin, dispositivo denominadocontrolador de aislamiento es una buena medida auxiliar de proteccin. Lafuncin del dispositivo es medir la resistencia de aislamiento y si esta es menorque el nivel de seguridad proporciona una alarma.

Generador puesto a tierra. En este caso para la parte de continua no se hadesarrollado an un dispositivo de proteccin auxiliar

Estos dispositivos constituyen una medida complementaria en caso de fallo de algunas de las

medidas de la proteccin principal o en caso de imprudencia por parte de los usuarios.

4.3.3. Medida de proteccin contra contactos indirectos.

Proteccin por corte automtico de la alimentacin.

Esta medida constituye la proteccin general a emplear para los contactos indirectos encircuitos de corriente alterna [3]. La medida est destinada a impedir, mediante el corte de laalimentacin, que despus de la aparicin de un fallo, la tensin se mantenga en las masasdurante un tiempo que pueda resultar peligroso.

Para la red de continua del generador fotovoltaico, el corte de la alimentacin no va ligado ala apertura del interruptor de conexin con el inversor. Esta apertura supondra aumentar lasituacin de riesgo ya que elevara la tensin en el campo de paneles a la tensin de circuitoabierto del generador VOCG. El corte de la alimentacin significa eliminar, mediante cualquierprocedimiento, la tensin en la zona afectada del campo de generacin.

La dificulta es grande ya que no se puede eliminar en un momento dado la irradiancia que llegaal generador. La nica posibilidad de eliminar la tensin sera cortocircuitar el campo depaneles y poner ambos terminales, positivo y negativo a tierra.

Las caractersticas de esta proteccin desarrolladas en las Normas estn relacionadas con el

esquema de conexiones de la red de corriente alterna. Se dejan en estudio las prescripcionescomplementarias para la red de corriente continua. Se puede hacer una interpretacin segnel esquema de conexiones adoptado para el generador fotovoltaico.


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La proteccin se basa en la utilizacin de dispositivos de proteccin que impidan que despusde un defecto entre una parte activa y una masa, en el circuito o el material, se mantenga unatensin de contacto durante un tiempo suficiente como para crear un riesgo peligroso sobre lapersona. Se fija la tensin lmite convencional UL para corriente continua en 75 V.

En generadores puestos a tierra, figura 2c, en el apartado 4.2. se analiz que defectos deaislamiento no elevan el potencial de las masas y por tanto, en un principio, no es necesarianinguna prescripcin para el dispositivo de proteccin.

En generadores flotantes, figura 2a, en el caso de que exista un defecto a masa o a tierra, lacorriente de defecto es de poca intensidad y no es imperativo el corte si se cumple:

LdT UIR Siendo:

RT = Resistencia elctrica de la toma de tierra de las masasId = corriente de fallo. Tiene en cuenta las corrientes de fuga por la resistencia de aislamiento y

el valor de RT.UL = tensin lmite convencional de seguridad 75 V en cc

Es obligatorio la instalacin de un controlador permanente de aislamiento, que vigile laresistencia de aislamiento y que indique la aparicin de un fallo mediante una seal acstica ovisual.

Proteccin por empleo de materiales de la clase II o aislamiento equivalente.

La proteccin debe asegurarse con la adopcin de todas las medidas apuntadas en la normaUNE 20460 para este tipo de proteccin. Estas medidas estn destinadas a conseguir que en

todas las partes de la instalacin (mdulos, cajas, cables, inversor etc.) el aislamiento seadoble o reforzado.


En los apartados anteriores se ha evaluado el riesgo elctrico en la red de continua delgenerador fotovoltaico y se han analizado las medidas de proteccin que recogen las normas ysu adaptacin a esta parte de la red del generador.

Como se ha analizado, uno de los problemas fundamentales de la proteccin es eliminar, ensituaciones de riesgo para la personas, la tensin del campo de paneles. Por ello, en granmedida, es necesario emplear medidas pasivas de proteccin basadas en el propio diseodel generador.

De los dos esquemas de conexiones del generador, es sin duda la configuracin flotante laque ofrece mayores niveles de seguridad. La propia configuracin protege a las personasfrente a contactos directos e indirectos. Para que la proteccin sea efectiva, la resistencia deaislamiento de la instalacin debe estar por encima de unos valores mnimos que impidan queante contactos directos la corriente por la persona supere los 100 mA.

El valor mnimo de esta resistencia de aislamiento se puede determinar calculando la corrientede defecto e imponiendo esta condicin:


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OCGISOHBOCGHBOCG

ISO

ISOHB

OCGF VRRVR

x

VR

RR

VI 1010

101003

Para vigilar esta resistencia se debe instalar de modo general un controlador permanente deaislamiento, en adelante CPI, que indique la aparicin de un primer fallo. El CPI debe vigilar laresistencia de aislamiento de la instalacin y si este baja por debajo de su nivel de ajusteproporcional una seal de alarma.

La mayora de los CPI existentes en el mercado trabajan con el principio de inyeccin de unatensin entre la red y tierra, ver figura 16. De la medida de la corriente que resulte se obtiene laresistencia real de aislamiento de la red. La solucin ms frecuente es utilizar una sealidentificable, distinta a la de la red. En la actualidad tanto para corriente continua como alternase estn utilizando seales de baja frecuencia (2.5 a 10 Hz) con un nivel de tensin entre 5 y25 V.

La eleccin de una seal de baja frecuencia se hace para impedir que las corrientes queorigina dicha seal circulen por las capacidades de acoplamiento de la red con tierra. De estemodo la distorsin en la medida de la resistencia de aislamiento es mnima.

Figura 16. Generador flotente protegido con un controlador permanente de aislamiento

En la actualidad la mayora de los inversores ya traen incorporados estos dispositivos devigilancia del aislamiento de la instalacin.

5. PROTECCIN DE LA INTERCONEXIN.

5.1. Condiciones tcnicas de carcter general.

En este apartado se analizar la proteccin de la conexin del generador fotovoltaico, salidadel inversor, con la red con la red elctrica de corriente alterna, red de baja o alta tensin. Lasconsideraciones de carcter generar que hay que tener en cuenta en esta conexin son.


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La conexin del generador fotovoltaico en dicha red no deber provocar en la redaveras, disminuciones de las condiciones de seguridad ni alteraciones superiores alas admitidas por la normativa que resulte aplicable.

El funcionamiento de la instalacin fotovoltaica no podr dar origen a condicionespeligrosas de trabajo para el personal de mantenimiento y explotacin de la red dedistribucin.

En el caso de que la lnea de distribucin se quede desconectada de la red, bien seapor trabajos de mantenimiento requeridos por la empresa distribuidora o por haberactuado alguna proteccin de la lnea, la instalacin fotovoltaica no deber mantenertensin en la lnea de distribucin.


Las protecciones que hay que incorporar en la red de alterna de conexin del inversor deben

dar respuesta a cada uno de los objetivos del punto anterior. Por un lado, dichas proteccionesdeben proteger internamente a la propia instalacin (equipos y personas), y por otro debenproteger la red externa de distribucin a la que se conectan, impidiendo la aparicin deaveras en dicha red y no disminuir sus condiciones de seguridad.

Respecto a la proteccin interna de la red de baja tensin de corriente alterna (sobretensiones;sobrecargas y/o sobreintesidades; contactos directos e indirectos), el anlisis y diseo es elmismo que el de cualquier instalacin y es un tema muy conocido, experimentado, y connormas muy definidas y recogidas en el Reglamento de Baja Tensin.

Real Decreto 1699/2011, de 18 de noviembre, por el que se regula la conexin a red de

instalaciones de produccin de energa elctrica de pequea potencia (


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IZ corriente mxima admisible del circuitoIn corriente asignada del interruptorI2 corriente que asegura la actuacin del dispositivo

Lo usual para este dispositivo es escoger una curva C de disparo magntico.

- Interruptor automtico diferencial con las caractersticas adecuadas para proteger alas personas en el caso de derivacin de algn elemento de la instalacin.

Se recomienda la instalacin de un diferencial de sensibilidad 30 mA, Para evitarparadas de la instalacin por disparos intempestivos, tambin se recomienda uninterruptor diferencial de alta inmunidad o un interruptor diferencial con reconexinautomtica.

- Caja general de proteccin. El punto de conexin de la instalacin fotovoltaica a la redde distribucin se establecer en una Caja General de Proteccin (CGP)exclusivamente destinada a tal fin, que cumplir con las Normas de la Ca Distribuidora.

- Proteccin frente a sobretensiones. Proteccin analizada en el apartado 3.1.3.4.

Figura 17. Esquema de conexin a la red de distribucin de B.T.

Proteccin externa

La proteccin externa o de la interconexin tiene por objeto evitar el funcionamiento en isla delgenerador y evitar que el generador alimente defectos producidos en la red de distribucin,defectos externos.

Hay que impedir, para garantizar la seguridad de las personas, que el propio generadorfotovoltaico siga alimentando a la red exterior (funcione en isla) y mantenga una tensin endicha red una vez que se corte la alimentacin. En estos casos la bajada o subida del valoreficaz de la tensin (rels 27 y 59) y del valor de la frecuencia (rel 81) sirven para detectareste funcionamiento.

Otro aspecto importante de la proteccin de la interconexin es la coordinacin con lasprotecciones de la red de distribucin en el caso de defectos externos.

En estos casos, las protecciones de la interconexin deben evitar que el generador fotovoltaico

alimente la zona en defecto o mantenga en tensin una parte de dicha zona. Estasprotecciones se tienen que coordinar con las protecciones de cabecera de la Compaa


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Distribuidora (permitir los reenganches automticos) y las protecciones de la zona afectadapara que sean estas las que operen primero eliminando el defecto y as evitar rdenesinnecesarias de disparo del interruptor automtico.

En estos casos la bajada o subida del valor eficaz de la tensin (rels 27 y 59) y del valor dela frecuencia (rel 81) sirven para detectar estos funcionamientos anmalos.

La proteccin se realiza con los siguientes dispositivos:

- Rel de proteccin de mxima y mnima frecuencia, ajustado para operar enfrecuencias de >=50,5 y =1,15 y


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Esta funcin de separacin galvanica se le debe exigir al inversor bien con la incorporacin deun transformador de aislamiento o medio equivalente. El dispositivo ms seguro es eltransformador de aislamiento que solian incorporar todos los inversores. En la actualidad, paraavaratar el coste del inversor y tambin para disminuir sus perdidas, los inversores estaneliminado dicho transformador y utilizando dispositivos equivalentes.

Hay que decir que con el transformador de aislamiento se consiguen las siguientes ventajas enla instalacin:

1. Se consigue el aislamiento del generador y se evita la transferencia de defectosentre la red de distribucin y la instalacin.2. Proporciona una mayor seguridad personal.3. Se evita la inyeccin de corriente continua en la red.

Si se elimina dicho transformador se deben justificar bien con certificados o con el propiodiseo de la instalacin cada uno de los puntos anteriores.


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7. REFERENCIAS

[1] UNE 20572-1 CEI 479-1 Efecto de la corriente sobre el hombre y los animalesdomsticos. Parte 1: Aspectos generales.

[2] UNE 20572-2 CEI 479-2 Efecto de la corriente al pasar por el cuerpo humano Parte2: Aspectos particulares

[3] UNE 20460-4-41 CEI 364-4-41 Instalaciones elctricas en edificios. Parte 4:Proteccin para garantizar la seguridad. Captulo 47: Proteccin contra los choqueselctricos

[4] UNE 20460-4-44 CEI 364-4-47 Instalaciones elctricas en edificios. Parte 4:Proteccin para garantizar la seguridad. Captulo 47: Aplicacin de medidas deproteccin para garantizar la seguridad

[5] UNE 21185 CEI 1024-1 Proteccin de las estructuras contra el rayo y principios

generales

[6] IEC 60364-7-712 Eletrical installations of buildings Requirements for specialinstallations or locations Solar photovoltaic (PV) power supply systems.

[6] P.G.Vidal, G. Almonacid. Measures Used to Protect People Exposed to a PVGenerator: the Univer Project. Progress in Photovoltaics.

[7] Real Decreto 842/2002, de 2 de Agosto y por el que se aprueba el Reglamentoelectrotcnico para baja tensin e instrucciones tcnicas complementarias.

[8] Real Decreto 1699/2011, de 18 de noviembre, por el que se regula la conexin a red de

instalaciones de produccin de energa elctrica de pequea potencia.

[9] Captulo VIII Instalaciones Fotovoltaicas Conectadas a las Redes de Distribucin enBaja Tensin de la normas particulares de Sevillana-Endesa

[10] DEHN IBERICA Proteccin integral contra rayos y sobretensiones

[11] Commission European. Directorate-General for Energy and Transport Lightning andOvervoltage protection in photovoltaic and solar thermal systems.

seguridad y protecciones 2011 2012

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