Los rayos son una causa común de fallos en los sistemas fotovoltaicos (FV) y eólicos. Una sobretensión dañina puede producirse por un rayo que cae a gran distancia del sistema, o incluso entre nubes. Sin embargo, la mayoría de los daños causados por rayos son prevenibles. A continuación, se presentan algunas de las técnicas más rentables, generalmente aceptadas por los instaladores de sistemas eléctricos, basadas en décadas de experiencia. Siga estos consejos y tendrá una gran probabilidad de evitar daños por rayos en su sistema de energía renovable (ER).
Conéctate a tierra
La conexión a tierra es la técnica más fundamental para la protección contra los daños causados por rayos. No se puede detener una sobretensión, pero se puede proporcionar una conexión directa a tierra que evite sus valiosos equipos y la descargue de forma segura. Una conexión a tierra descarga constantemente la electricidad estática que se acumula en una estructura sobre el suelo. A menudo, esto previene la atracción de rayos.
Los pararrayos y protectores contra sobretensiones están diseñados para proteger equipos electrónicos absorbiendo las sobretensiones eléctricas. Sin embargo, estos dispositivos no sustituyen una buena conexión a tierra. Funcionan únicamente en combinación con una conexión a tierra eficaz. El sistema de conexión a tierra es una parte importante de su infraestructura de cableado. Instálelo antes o durante la instalación del cableado eléctrico. De lo contrario, una vez que el sistema esté funcionando, este importante componente podría no estar en la lista de tareas pendientes.
El primer paso para la conexión a tierra es construir una ruta de descarga a tierra mediante la interconexión de todos los componentes estructurales metálicos y las cajas eléctricas, como los marcos de los módulos fotovoltaicos, los bastidores de montaje y las torres de los aerogeneradores. El Código Eléctrico Nacional (NEC), artículo 250 y artículos 690.41 a 690.47, especifica los tamaños, materiales y técnicas de cableado que cumplen con el código. Evite las curvas cerradas en los cables de tierra, ya que las sobretensiones elevadas no suelen doblar esquinas cerradas y pueden saltar fácilmente al cableado cercano. Preste especial atención a las conexiones del cable de cobre a los elementos estructurales de aluminio (en particular, a los marcos de los módulos fotovoltaicos). Utilice conectores etiquetados como "AL/CU" y fijaciones de acero inoxidable, que reducen el riesgo de corrosión. Los cables de tierra de los circuitos de CC y CA también se conectarán a este sistema de conexión a tierra. (Consulte los artículos de Code Corner sobre la conexión a tierra de los paneles fotovoltaicos en HP102 y HP103 para obtener más información).
Varillas de tierra
El punto más débil de muchas instalaciones es la conexión a tierra. Al fin y al cabo, ¡no se puede simplemente atornillar un cable al planeta! En su lugar, hay que 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 tierra conductora (es decir, húmeda). De esta manera, cuando la electricidad estática o una sobretensión descienden por la línea, los electrones pueden drenar al suelo con mínima resistencia.
De forma similar a cómo un campo de drenaje disipa el agua, la conexión a tierra actúa para disipar los electrones. Si una tubería de drenaje no descarga adecuadamente al suelo, se producen acumulaciones. Cuando las acumulaciones de electrones se producen, saltan el espacio (formando un arco eléctrico) hacia el cableado eléctrico, a través de los equipos y, solo entonces, hacia tierra.
Para evitar esto, instale una o más varillas de tierra de cobre de 2,4 m (8 pies) de largo y 16 mm (5/8 de pulgada), preferiblemente en tierra húmeda. Una sola varilla no suele ser suficiente, especialmente en suelo seco. En zonas donde el suelo se vuelve extremadamente seco, instale varias varillas, espaciándolas al menos a 3 m (6 pies) de distancia y conectándolas con cable de cobre desnudo, enterrado. Una alternativa es enterrar cable de cobre desnudo de calibre 6 (13 mm²), doble calibre 8 (8 mm²) o mayor en una zanja de al menos 30 m (100 pies) de largo. (El cable de tierra de cobre desnudo también puede tenderse por el fondo de una zanja que contenga 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 zonas más húmedas, como donde se drena el techo o se riegan las plantas. Si hay un entubado de acero cerca, puede usarlo como varilla de tierra (haga una conexión atornillada resistente al entubado).
En climas húmedos, las bases de hormigón de un sistema de energía eólica (montado en el suelo o sobre postes), una torre de aerogenerador o las varillas de tierra revestidas de hormigón no proporcionarán una conexión a tierra óptima. En estos lugares, el hormigón suele ser menos conductor que el suelo húmedo que rodea las bases. En este caso, instale una varilla de tierra en el suelo junto al hormigón en la base del sistema, o en la base de la torre del aerogenerador y en cada anclaje de los cables tensores, y luego conéctelos con 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 ofrecen una opción económica para la conexión a tierra. Si se van a empotrar varillas de refuerzo de 6 metros (20 pies) de largo o más en hormigón, estas pueden servir como varilla de puesta a 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 Código Eléctrico Nacional (NEC), Artículo 250.52 (A3), «Electrodo revestido de hormigón».
Si no está seguro del mejor método de conexión a tierra para su ubicación, consulte con su inspector eléctrico durante la fase de diseño de su sistema. Nunca hay demasiada conexión a tierra. En un lugar seco, aproveche cualquier oportunidad para instalar varillas de tierra adicionales, cables enterrados, etc. Para evitar la corrosión, utilice únicamente herrajes aprobados para realizar las conexiones a las varillas de tierra. Utilice pernos de cobre partidos para empalmar los cables de tierra de forma fiable.
Circuitos de alimentación de puesta a tierra
Para el cableado de edificios, el NEC exige que un lado del sistema de alimentación de CC esté conectado a tierra. La sección de CA de dicho sistema también debe estar conectada a tierra de la forma habitual en cualquier sistema conectado a la red eléctrica. (Esto aplica en Estados Unidos. En otros países, los circuitos de alimentación sin conexión a tierra son la norma). La conexión a tierra del sistema eléctrico es obligatoria para los sistemas domésticos modernos en Estados Unidos. Es fundamental 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 realiza en el panel de alimentación 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 eléctrico. Consulte las instrucciones del fabricante para obtener recomendaciones específicas.
Cableado de matriz y técnica de "par trenzado"
El cableado del conjunto debe usar longitudes mínimas de cable, insertadas en la estructura metálica. Los cables positivo y negativo deben tener la misma longitud y tenderse juntos siempre que sea posible. Esto minimizará la inducción de voltaje excesivo entre los conductores. Los conductos metálicos (con conexión a tierra) también añaden una capa de protección. Entierre los tramos largos de cable exterior en lugar de tenderlos por encima. Un tramo de cable de 30 m (100 pies) o más es como una antena: recibe sobretensiones incluso de rayos en las nubes. Sobretensiones similares pueden ocurrir incluso si los cables están enterrados, pero la mayoría de los instaladores coinciden en que el cableado de transmisión enterrado reduce 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 igualar y cancelar cualquier voltaje inducido entre 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. Inserte un palo entre los cables y enróllelos. Cada 30 pies (10 m), alterne la dirección. (Esto es mucho más fácil que intentar enroscar todo el tramo en una sola dirección). A veces también se puede utilizar un taladro eléctrico para enroscar el cableado, dependiendo del calibre del cable. Simplemente asegure los extremos del cableado en el portabrocas del taladro y deje que la acción del taladro enrosque los cables. Asegúrese de utilizar el taladro a la velocidad más baja posible si prueba esta técnica.
No es necesario trenzar el cable de tierra con los cables de alimentación. Para tramos subterráneos, utilice cable de cobre desnudo; si utiliza conducto, tienda el cable de tierra por fuera del conducto. El contacto de tierra adicional 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 apagado de una bomba de agua solar cuando el tanque está lleno). Este cable de menor calibre está disponible en cables pretrenzado, de par múltiple o de un solo par. También puede adquirir cable de par trenzado blindado, que tiene una lámina metálica que rodea los cables trenzados y, por lo general, también un cable de drenaje pelado separado. Conecte a tierra el blindaje del cable y el cable de drenaje solo en un extremo para evitar la posibilidad de crear un bucle de tierra (una ruta de tierra menos directa) en el cableado.
Protección adicional contra rayos
Además de amplias 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 alto en una zona con fuertes rayos
• Suelo seco, rocoso o poco conductor.
• El cable tiene una longitud mayor a 100 pies (30 m)
Pararrayos
Los pararrayos (sobretensiones) están diseñados para absorber los picos de tensión causados por tormentas eléctricas (o suministro eléctrico fuera de las especificaciones) y permiten que la sobretensión evite el cableado eléctrico y sus equipos. Deben instalarse protectores contra sobretensiones en ambos extremos de cualquier tramo de cable largo conectado a cualquier parte de su sistema, incluidas las líneas de CA de un inversor. Los pararrayos están diseñados para diversos voltajes, tanto de CA como de CC. Asegúrese de utilizar los pararrayos adecuados para su aplicación. Muchos instaladores de sistemas utilizan habitualmente pararrayos Delta, que son económicos y ofrecen cierta protección cuando la amenaza de rayos es moderada, pero estas unidades ya no están homologadas por UL.
Los pararrayos PolyPhaser y Transtector son productos de alta calidad para sitios con riesgo de descargas atmosféricas e instalaciones de gran tamaño. Estas unidades duraderas ofrecen una protección robusta y son compatibles con una amplia variedad de voltajes de sistema. Algunos dispositivos cuentan con indicadores que muestran los modos de fallo.
Pararrayos
Los pararrayos son dispositivos de descarga estática que se colocan sobre edificios y sistemas fotovoltaicos, 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 un impacto y, en caso de producirse, proporcionar una vía para una corriente muy alta a tierra. Los dispositivos modernos tienen forma de punta, a menudo con múltiples puntas.
Los pararrayos suelen usarse solo en lugares con tormentas eléctricas extremas. Si cree que su sitio entra en esta categoría, contrate a un contratista con experiencia en protección contra rayos. Si el instalador de su sistema no está cualificado, considere consultar con un especialista en protección contra rayos antes de instalar el sistema. De ser posible, seleccione un instalador fotovoltaico certificado por la Junta Norteamericana de Profesionales Certificados en Energía (NABCEP) (consulte Acceso). Aunque esta certificación no es específica para la protección contra rayos, puede ser un indicador del nivel de competencia general del instalador.
Fuera de la vista, no fuera de la mente
Gran parte del trabajo de protección contra rayos se realiza bajo tierra y fuera de la vista. Para garantizar que se realice correctamente, inclúyalo en sus contratos con el instalador del sistema, electricista, excavador, fontanero, perforador de pozos o cualquier persona que realice movimientos de tierra que contengan su sistema de puesta a tierra.
Hora de publicación: 10 de agosto de 2020