Los rayos son una causa común de fallas en los sistemas fotovoltaicos (PV) y eólicos.Una oleada dañina puede ocurrir por un rayo que cae a una gran distancia del sistema, o incluso entre las nubes.Pero la mayoría de los daños por rayos se pueden prevenir.Estas son algunas de las técnicas más rentables que generalmente aceptan los instaladores de sistemas de energía, según décadas de experiencia.Siga este consejo y tendrá muchas posibilidades de evitar daños por rayos en su sistema de energía renovable (RE).
Llegar a tierra
La puesta a tierra es la técnica más fundamental para la protección contra daños por rayos.No puede detener una descarga eléctrica, pero puede proporcionarle un camino directo a tierra que pase por alto su valioso equipo y descargue la descarga 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 la atracción de los rayos en primer lugar.
Los pararrayos y los protectores contra sobretensiones están diseñados para proteger los equipos electrónicos mediante la absorción de sobretensiones eléctricas.Sin embargo, estos dispositivos no reemplazan una buena conexión a tierra.Funcionan solo en conjunto 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 de metal y los gabinetes eléctricos, como los marcos de los módulos fotovoltaicos, los bastidores de montaje y las torres de los generadores eólicos.El Código Eléctrico Nacional (NEC), el Artículo 250 y el Artículo 690.41 a 690.47 especifican tamaños de cables, materiales y técnicas que cumplen con el código.Evite las curvas pronunciadas en los cables de tierra: a las sobretensiones de alta corriente no les gusta girar en esquinas estrechas y pueden saltar fácilmente al cableado cercano.Preste especial atención a las uniones de alambre de cobre a los elementos estructurales de aluminio (particularmente los marcos de los módulos fotovoltaicos).Utilice conectores con la etiqueta "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 puesta a tierra de matriz PV en HP102 y HP103 para obtener más consejos).
Varillas de tierra
El aspecto más débil de muchas instalaciones es la propia conexión a tierra.¡Después de todo, no puedes simplemente atornillar un cable al planeta!En su lugar, debe enterrar o martillar una barra de metal conductivo no corrosivo (generalmente cobre) en el suelo y asegurarse de que la mayor parte de su superficie entre en contacto con suelo conductivo (es decir, húmedo).De esta manera, cuando la electricidad estática o una sobretensión desciende por la línea, los electrones pueden drenarse hacia el suelo con una resistencia mínima.
De manera similar a cómo un campo de drenaje disipa el agua, la puesta a tierra actúa para disipar los electrones.Si una tubería de drenaje no descarga adecuadamente en el suelo, se producen desbordamientos.Cuando los electrones retroceden, saltan el espacio (formando un arco eléctrico) a su cableado de alimentación, a través de su equipo, y solo luego a tierra.
Para evitar esto, instale una o más varillas de 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 terreno seco.En áreas donde el suelo se vuelve extremadamente seco, instale varias varillas, espaciándolas por lo menos 6 pies (3 m) y conectándolas entre sí 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 colocar a lo largo del fondo de una zanja que lleva tuberías de agua o de 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.
Trate de enrutar parte del sistema hacia áreas más húmedas, como donde un techo drena o donde se van a regar las plantas.Si hay un revestimiento de pozo de acero cerca, puede usarlo como varilla de conexión a tierra (haga una conexión fuerte y atornillada al revestimiento).
En climas húmedos, los cimientos de hormigón de un arreglo montado en suelo o poste, o una torre de generador de viento, o varillas de tierra revestidas de hormigón no proporcionarán una conexión a tierra ideal.En estos lugares, el hormigón normalmente será menos conductivo que el suelo húmedo que rodea las bases.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 de sujeción, luego conéctelos todos juntos con cable descubierto y enterrado.
En climas secos o áridos, suele ocurrir lo contrario: las bases de hormigón pueden tener un contenido de humedad más alto que el suelo circundante y ofrecen una oportunidad económica para la puesta a tierra.Si se va a incrustar una barra de refuerzo de 20 pies de largo (o más) en el concreto, la barra de refuerzo en sí misma 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 se puede tener demasiada conexión a tierra.En un lugar seco, aproveche todas las oportunidades para instalar varillas de puesta a tierra redundantes, cables enterrados, etc. Para evitar la corrosión, utilice únicamente accesorios aprobados para realizar las conexiones a las varillas de puesta a tierra.Use pernos partidos de cobre para empalmar los cables de tierra de manera confiable.
Puesta a tierra de circuitos de potencia
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 conectarse 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 de alimentación sin conexión a tierra son la norma). La conexión a tierra del sistema de alimentación es necesaria para un sistema doméstico moderno en los Estados Unidos.Es esencial que el negativo de CC y el neutro de CA estén conectados a tierra en un solo punto de sus respectivos sistemas, y ambos en el mismo punto del sistema de puesta a tierra.Esto se hace en el panel de energía central.
Los productores 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.
Técnica de cableado de matriz y "par trenzado"
El cableado de matriz debe usar longitudes mínimas de cable, metido en la estructura de metal.Los cables positivo y negativo deben tener la misma longitud y deben tenderse juntos siempre que sea posible.Esto minimizará la inducción de voltaje excesivo entre los conductores.El conducto de metal (conectado a tierra) también agrega una capa de protección.Entierre los tramos largos de cables al aire libre en lugar de pasarlos por encima de la cabeza.Un tendido de cable de 100 pies (30 m) o más es como una antena: recibirá sobretensiones incluso de relámpagos en las nubes.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 simple 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 torcido, así que esto es lo que debe hacer: Coloque un par de cables de alimentación a lo largo del suelo.Inserte un palo entre los cables y gírelos juntos.Cada 30 pies (10 m), alterne la dirección.(Esto es mucho más fácil que tratar de torcer toda la distancia en una dirección). A veces también se puede usar un taladro eléctrico para torcer el cableado, según el tamaño del cable.Simplemente asegure los extremos del cableado en el mandril del taladro y deje que la acción del taladro retuerza los cables.Asegúrate de hacer funcionar 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, use alambre de cobre desnudo;si usa un conducto, pase el cable de tierra fuera del conducto.El contacto a tierra adicional mejorará la puesta 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 el cierre del tanque lleno de una bomba de agua solar).Este cable de menor calibre está fácilmente disponible en cables pretorcidos, múltiples 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 (menos ruta directa a tierra) en el cableado.
Protección contra rayos adicional
Además de las amplias medidas de conexión a tierra, se recomiendan dispositivos de protección contra sobretensiones especializados y (posiblemente) pararrayos para sitios con cualquiera de las siguientes condiciones:
• Ubicación aislada en terreno elevado en un área de rayos severos
• Suelo seco, rocoso o de otra manera pobremente conductivo
• Tramos de cable de más de 100 pies (30 m)
Pararrayos
Los pararrayos (sobrevoltaje) están diseñados para absorber los picos de voltaje causados por tormentas eléctricas (o energía de la red pública fuera de las especificaciones) y permiten que el sobrevoltaje evite el cableado de alimentación y su equipo.Se deben instalar protectores contra sobretensiones en ambos extremos de cualquier tramo largo de cable que esté conectado a cualquier parte de su sistema, incluidas las líneas de CA de un inversor.Los pararrayos están hechos para varios voltajes tanto para CA como para CC.Asegúrese de utilizar los pararrayos apropiados para su aplicación.Muchos instaladores de sistemas utilizan rutinariamente pararrayos Delta, que son económicos y ofrecen cierta protección donde la amenaza de rayos es moderada, pero estas unidades ya no están en la lista de UL.
Los pararrayos PolyPhaser y Transtector son productos de alta calidad para sitios propensos a rayos e instalaciones más grandes.Estas unidades duraderas ofrecen protección robusta y compatibilidad con una amplia variedad de voltajes del sistema.Algunos dispositivos tienen indicadores para mostrar los modos de falla.
Pararrayos
Los “pararrayos” son dispositivos de descarga estática que se colocan sobre edificios y paneles solares eléctricos 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 una descarga y pueden proporcionar un camino para una corriente muy alta a tierra si ocurre una descarga.Los dispositivos modernos tienen forma de espiga, 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) (ver Acceso).Aunque esta certificación no es específica para la protección contra rayos, puede ser una indicación del nivel de competencia general de un instalador.
Fuera de la vista, no de la mente
Gran parte del trabajo de protección contra rayos está enterrado 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 haciendo el movimiento de tierras que contendrá su sistema de conexión a tierra.
Hora de publicación: 10-ago-2020