Los rayos son una causa común de fallas en los sistemas fotovoltaicos (PV) y eólicos. Puede producirse una oleada dañina debido a un rayo que cae a gran distancia del sistema, o incluso entre nubes. Pero la mayoría de los daños causados por rayos se pueden prevenir. Estas son algunas de las técnicas más rentables que generalmente aceptan los instaladores de sistemas eléctricos, basadas en décadas de experiencia. Siga este consejo y tendrá muchas posibilidades de evitar daños por rayos en su sistema de energía renovable (RE).
Ponte a tierra
La conexión a tierra es la técnica más fundamental para la protección contra daños por rayos. No se puede detener una sobretensión relámpago, pero se le puede proporcionar un camino directo a tierra que evite su valioso equipo y descargue la sobretensión a la tierra de manera segura. Un camino eléctrico a tierra descargará constantemente la electricidad estática que se acumula en una estructura sobre el suelo. A menudo, esto evita en primer lugar la atracción de los rayos.
Los pararrayos y protectores contra sobretensiones están diseñados para proteger los equipos electrónicos absorbiendo sobretensiones eléctricas. Sin embargo, estos dispositivos no sustituyen una buena conexión a tierra. Funcionan únicamente en combinación con una conexión a tierra efectiva. El sistema de puesta a tierra es una parte importante de su infraestructura de cableado. Instálelo antes o mientras se instala el cableado de alimentación. De lo contrario, una vez que el sistema esté funcionando, es posible que este importante componente nunca se marque en la lista de "cosas por hacer".
El primer paso en la conexión a tierra es construir una ruta de descarga a tierra uniendo (interconectando) todos los componentes estructurales metálicos y gabinetes eléctricos, como marcos de módulos fotovoltaicos, bastidores de montaje y torres de generadores eólicos. El Código Eléctrico Nacional (NEC), el artículo 250 y el artículo 690.41 al 690.47 especifican tamaños, materiales y técnicas de cables que cumplen con el código. Evite dobleces pronunciados en los cables de tierra: a las sobretensiones de corriente elevadas no les gusta doblar esquinas cerradas y pueden saltar fácilmente al cableado cercano. Preste especial atención a las uniones de alambre de cobre a elementos estructurales de aluminio (particularmente los marcos de los módulos fotovoltaicos). Utilice conectores etiquetados “AL/CU” y sujetadores 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 conexión a tierra de conjuntos fotovoltaicos en HP102 y HP103 para obtener más consejos).
Varillas de tierra
El punto más débil de muchas instalaciones es la propia conexión a tierra. Después de todo, ¡no se puede simplemente conectar un cable al planeta! En su lugar, debe enterrar o martillar una varilla de metal conductor no corrosivo (generalmente cobre) en el suelo y asegurarse de que la mayor parte de su superficie entre en contacto con suelo conductor (es decir, húmedo). De esta manera, cuando llega electricidad estática o una sobretensión por la línea, los electrones pueden drenar al suelo con una resistencia mínima.
De manera similar a cómo un campo de drenaje disipa el agua, la conexión a tierra actúa para disipar electrones. Si una tubería de drenaje no descarga adecuadamente al suelo, se producen atascos. Cuando los electrones retroceden, saltan el espacio (formando un arco eléctrico) hacia su cableado eléctrico, a través de su equipo y solo luego a tierra.
Para evitar esto, instale una o más varillas de conexión a tierra recubiertas de cobre de 8 pies de largo (2,4 m) y 5/8 de pulgada (16 mm), preferiblemente en tierra húmeda. Una sola varilla no suele ser suficiente, especialmente en terrenos secos. En áreas donde el suelo se vuelve extremadamente seco, instale varias varillas, espaciándolas al menos a 6 pies (3 m) y conectándolas con alambre de cobre desnudo, enterrado. Un enfoque alternativo es enterrar alambre 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 se puede pasar a lo largo del fondo de una zanja que lleva tuberías de agua o alcantarillado, u otros cables eléctricos). O 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 a áreas más húmedas, como donde drena el techo o donde se van a regar las plantas. Si hay una carcasa de acero cerca, puede usarla como varilla de conexión a tierra (haga una conexión atornillada fuerte a la carcasa).
En climas húmedos, las bases de concreto de un conjunto montado en el suelo o en postes, o la torre de un generador eólico, o las varillas de tierra revestidas de concreto no proporcionarán una conexión a tierra ideal. En estos lugares, el hormigón normalmente será menos conductor que el suelo húmedo que rodea las zapatas. Si este es el caso, instale una varilla de conexión a tierra junto al concreto en la base de una matriz, o en la base de la torre de su generador eólico y en cada anclaje de cable tensor, luego conéctelos todos con un cable desnudo enterrado.
En climas secos o áridos, suele ocurrir lo contrario: las zapatas de hormigón pueden tener un mayor contenido de humedad que el suelo circundante y ofrecer una oportunidad económica para la conexión a tierra. Si se van a incrustar barras de refuerzo de 20 pies de largo (o más) en concreto, la barra de refuerzo en sí puede servir como varilla de conexión a tierra. (Nota: esto debe planificarse antes de verter el concreto). Este método de conexión a tierra es común en lugares secos y se describe en el NEC, Artículo 250.52 (A3), “Electrodo revestido de concreto”.
Si no está seguro del mejor método de conexión a tierra para su ubicación, hable con su inspector eléctrico durante la fase de diseño de su sistema. No puedes tener demasiada conexión a tierra. En un lugar seco, aproveche todas las oportunidades para instalar varillas de tierra redundantes, cables enterrados, etc. Para evitar la corrosión, utilice únicamente hardware aprobado para realizar conexiones a las varillas de tierra. Utilice pernos divididos de cobre para empalmar cables de tierra de manera confiable.
Circuitos de alimentación a tierra
Para el cableado de edificios, el NEC requiere que un lado de un sistema de alimentación de CC esté conectado (o "unido") 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. (Esto es cierto en los Estados Unidos. En otros países, los circuitos eléctricos sin conexión a tierra son la norma). En los Estados Unidos, la conexión a tierra del sistema eléctrico es necesaria para un sistema doméstico moderno. 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 al mismo punto del sistema de puesta a tierra. Esto se hace en el panel de energía central.
Los fabricantes de algunos sistemas autónomos de un solo propósito (como bombas de agua solares y repetidores de radio) recomiendan no conectar a tierra el circuito de alimentación. Consulte las instrucciones del fabricante para obtener recomendaciones específicas.
Cableado de matriz y técnica de “par trenzado”
El cableado del conjunto debe utilizar longitudes mínimas de cable, metidos en la estructura metálica. Los cables positivos y negativos deben tener la misma longitud y tenderse juntos siempre que sea posible. Esto minimizará la inducción de voltaje excesivo entre los conductores. El conducto metálico (conectado a tierra) también agrega una capa de protección. Entierre largos tramos de cables exteriores en lugar de pasarlos por encima. Un tendido de cable de 30 m (100 pies) o más es como una antena: recibirá sobretensiones incluso de relámpagos en las nubes. Aún pueden ocurrir sobretensiones similares incluso si los cables están enterrados, pero la mayoría de los instaladores están de acuerdo en que el cableado de transmisión enterrado limita aún más la posibilidad de daños por rayos.
Una estrategia sencilla para reducir la susceptibilidad a las sobretensiones es la técnica del “par trenzado”, que ayuda a ecualizar y cancelar cualquier voltaje inducido entre dos o más conductores. Puede resultar difícil encontrar un cable de alimentación adecuado que ya esté trenzado, así que esto es lo que debe hacer: Coloque un par de cables de alimentación a lo largo del suelo. Inserta un palo entre los cables y gíralos. Cada 30 pies (10 m), alterne la dirección. (Esto es mucho más fácil que intentar torcer toda la distancia en una dirección). A veces también se puede usar un taladro eléctrico para torcer el cableado, dependiendo del tamaño del cable. Simplemente asegure los extremos del cableado en el portabrocas del taladro y deje que la acción del taladro retuerza los cables. Asegúrate de ejecutar el taladro a la velocidad más baja posible si pruebas esta técnica.
No es necesario torcer el cable de tierra con los cables de alimentación. Para recorridos de entierro, utilice alambre de cobre desnudo; Si utiliza un conducto, pase el cable de tierra fuera del conducto. El contacto de tierra adicional mejorará la conexión a tierra del sistema.
Utilice un cable de par trenzado para cualquier cable de comunicación o control (por ejemplo, un cable de interruptor de flotador para cerrar el tanque lleno de una bomba de agua solar). Este cable de menor calibre está disponible en cables pretrenzados, de par múltiple o de un solo par. También puede comprar un cable de par trenzado blindado, que tiene una lámina metálica que rodea los cables trenzados y, por lo general, también un cable de “drenaje” desnudo y separado. Conecte a tierra el blindaje del cable y el hilo de drenaje en un solo extremo, para eliminar la posibilidad de crear un bucle de tierra (un camino menos directo a tierra) en el cableado.
Protección adicional contra rayos
Además de extensas medidas de conexión a tierra, se recomiendan dispositivos especializados de protección contra sobretensiones y (posiblemente) pararrayos para sitios con cualquiera de las siguientes condiciones:
• Ubicación aislada en terreno elevado en un área severa de rayos
• Suelo seco, rocoso o poco conductor
• El cable tiene una longitud superior a 100 pies (30 m)
Pararrayos
Los pararrayos (sobretensiones) están diseñados para absorber picos de voltaje causados por tormentas eléctricas (o energía eléctrica fuera de las especificaciones) y permiten efectivamente que la sobretensión evite el cableado eléctrico y su equipo. Se deben instalar protectores contra sobretensiones en ambos extremos de cualquier cableado largo que esté conectado a cualquier parte de su sistema, incluidas las líneas de CA de un inversor. Los descargadores están hechos para varios voltajes tanto para CA como para CC. Asegúrese de utilizar los supresores adecuados para su aplicación. Muchos instaladores de sistemas utilizan habitualmente supresores de sobretensiones Delta, que son económicos y ofrecen cierta protección cuando la amenaza de rayos es moderada, pero estas unidades ya no están listadas por UL.
Los supresores PolyPhaser y Transtector son productos de alta calidad para sitios propensos a rayos e instalaciones más grandes. Estas unidades duraderas ofrecen protección sólida y compatibilidad con una amplia variedad de voltajes del sistema. Algunos dispositivos tienen indicadores para mostrar modos de falla.
Pararrayos
Los “pararrayos” son dispositivos de descarga estática que se colocan sobre edificios y paneles de energía solar y se conectan a tierra. Están destinados a evitar la acumulación de carga estática y la eventual ionización de la atmósfera circundante. Pueden ayudar a prevenir un impacto y pueden proporcionar un camino para que una corriente muy alta llegue a tierra si se produce un impacto. Los dispositivos modernos tienen forma de púa, a menudo con múltiples puntas.
Los pararrayos generalmente solo se usan en sitios que experimentan tormentas eléctricas extremas. Si cree que su sitio entra en esta categoría, contrate a un contratista que tenga experiencia en protección contra rayos. Si el instalador de su sistema no está tan calificado, considere consultar con un especialista en protección contra rayos antes de instalar el sistema. Si es posible, seleccione un instalador fotovoltaico certificado por la Junta Norteamericana de Profesionales Certificados en Energía (NABCEP) (consulte Acceso). Aunque esta certificación no es específica de la protección contra rayos, puede ser una indicación del nivel de competencia general de un instalador.
Fuera de la vista, no fuera de la mente
Muchos trabajos de protección contra rayos están enterrados y fuera de la vista. Para ayudar a garantizar que se haga correctamente, escríbalo en su(s) contrato(s) con el instalador del sistema, electricista, excavador, plomero, perforador de pozos o cualquier persona que esté realizando movimientos de tierra que contendrán su sistema de conexión a tierra.
Hora de publicación: 10-ago-2020