PROTECCIÓN INTEGRAL CONTRA TORMENTAS ELÉCTRICAS EN

SISTEMAS DE ENERGÍA RENOVABLE

Por qué es necesaria la protecciónen sistemas fotovoltaicos,

por descargas atmosféricas?

NormatividadNormas – Estándares – Recomendaciones

NOM es Obligatoria, NMX es Voluntaria

Nacionales:

NOM-001-SEDE-2012 Artic 690, 250, Instalaciones Eléctricas (Utilización).NOM-022-STPS-2008, Electricidad Estática en los Centros de Trabajo.NMX-J-549-ANCE-2005, Sistema de Protección vs. Tormentas Eléctricas Especificaciones, Materiales y Métodos de Medición.

Internacionales:

IEC 62305-1 Protección contra el rayo, Principios Generales, IEC 62305-2 , Gestion de riesgos, IEC 62305-3 Protección de estructuras y personas , IEC 62305-4 Sistemas eléctricos y electrónicos en estructuras. IEC 61643-32, IEC 60364-7-712 Protección en sistemas fotovoltaicos

Cuales son las preguntas básicas a la hora de hacer un sistema fotovoltaico?1. Es igual la solución si el sistema es colocado en azotea a

cuando es un parque fotovoltaico?

2. El tratamiento de protección externa ( pararrayos) será igual en un sistema PV en azotea a cuándo es un parque fotovoltaico?. Tiene alguna influencia la extensión?

3. La solución de puesta a tierra es la misma ?

4. Que entiende usted por equipotencialidad en los sistemas de puesta a tierra?. Es aplicable en los sistemas fotovoltaicos?

Cuales son las preguntas básicas a la hora de hacer un sistema fotovoltaico…….?

5. Conoce el concepto de distancia de seguridad?. Es aplicable en los sistemas fotovoltaicos ?

6. Qué se entiende por protección interna en sistemas fotovoltaicos?. Qué partes son sensibles a una sobretensión transitoria?

7. Conoces el concepto de protección coordinada energéticamente? Cómo se aplica en sistemas fotovoltaicos?

Aspectos a considerar en un diseño de

protección contra descargas

atmosféricas. Basado en NMX-J-549-2005

Qué se entiende por Protección Integral

Funciones del sistema externo SEPTE: Interceptar la terminal aérea es la encargada de esta función. Conducir de bajada es el elemento que interconecta la terminal aérea con el

Sistema de puesta a tierra. Drenar disipar la energía conducida desde la terminal por el conductor de

bajada hasta el lectrodo o SPTFunciones del Sistema interno SIPTE : Prevenir la aparición de chispas peligrosas, por medio de tener un plano

equipotencial adecuado al cual esten referenciado todos los elementosmetálicos de la instalación , mantener adecuadas distancias de seguridad.

Conoces la obligatoriedad de la protección de sistemas fotovoltaicos en la NOM001- SEDE 2012….?

QUÉ ARTÍCULO TRATA EL TEMA DE SISTEMAS FOTOVOLTAICO

Y SUS REGULACIONES ?

ARTÍCULO 690-1 al 690-85

Elementos que integran un Parque fotovoltaico:

Elementos que forman una instalación fotovoltaica residencial,

uso comercial e industrial…

Sistema de puesta a tierra en sistemas fotovoltaicos ?

POR QUÉ ES REQUERIDA LA PUESTA A TIERRA COMO ELEMENTO BASE EN LA OPERACIÓN

Y PROTECCIÓN DE LOS SISTEMAS FOTOVOLTAICOS ?

Sistema de puesta a tierra:POR QUÉ SE HACE IMPORTANTE EL TENER SISTEMA DE

ANILLO O MALLA EN LA PUESTA A TIERRA?

Garantizar la conexión de todas las estructuras con el fin de garantizar la unión equipotencial de todos los componentes del sistema.

Evaluar la posibilidad de utilizar el concepto de distancia de seguridad , o el uso de la estructura como elemento conductor ante el impacto , definiendo que el mismo sea directamente en una terminal aérea más no en el panel.

Garantizar de forma sencilla el cumplir con los requerimientos de la IEC 62305-3 de ejecutar cuadriculas de 20x20 m hasta 40x40 m que permita

dar cumplimiento al requerimiento de una baja impedancia.

Se considera más importante los valores de impedancia de la equipotencialidada altas frecuencias, que el valor de resistencia a tierra del objeto.

De forma general el diseño de la red de tierra será preferentemente del tipo B,

según la IEC 62305, que consta de un electrodo horizontal en forma de anillo

alrededor de la estructura con electrodos verticales hincados en la periferia comoelemento de testigo de medición y supervisión del SPT.

Por qué se manejan criterios de baja impedancia para altas frecuencias ?

• Uso de inversores controlados por la red o conmutados por la línea

(TIRISTORES)

• Uso de inversores autocontrolados tipo PWM ( uso de tecnología MOSFETs,

GTOs, IGBTs

• Por tanto requiero sistemas en anillo para tener muy baja inductancia que

permita a altas frecuencias la reactancia inductiva sea baja

Tipos de inversores y frecuencias de conmutación

Relación entre la inductancia yla longitud

L=∅/i∅ = 𝑩. 𝑨

B=(µ𝟎 𝑵𝒊)

𝒍

µ0 air permeability

N turns i current A section

𝑙 length of conductor L inductance

La inductancia es función de la longitud.

𝑳 =µ𝟎 𝑵𝑨

𝒍

Impedancia

La impedancia es una magnitude inherente a los circuitos de CA donde la relacion entre la tensión y la corriente tiene una magnitud y un desfasaje ( es la Ley de OHM aplicadaa circuitos de CA),

𝒁 = 𝒁 𝒆𝒋 𝒂𝒓𝒈(𝒁)

𝒁 = 𝑹 + 𝒋𝑿Donde:

𝑿 = 𝒘𝑳

Por lo antes relacionado la impedancia de un circuito será menor en la medida que mayor longitud recorra y menor número de vueltas para el casode bobinas.

Sistemas de puesta a tierra y equipotencialización

Para la protección de la instalación fotovoltaica contra el rayo y lassobretensiones, es obligatorio conectar toda estructura metálica con elsistema de tierra y equipotencializar todas las estructuras metálicasadyacentes entre sí, de forma que dicha equipotencialización sea mallada yno radial.

Para reducir los bucles de masa y de esta forma reducir acopleselectromagnéticos que provoquen altas tensiones transitorias, es precisoque en paralelo a los conductores activos (+/-) y cercanos a ellos, viaje unconductor de tierra o que la trayectoria de los conductores activos, seaadosada a una estructura metálica puesta a tierra y con continuidad eléctricaa lo largo de todo el circuito

690-45. Tamaño del conductor de puesta a tierra de equipos. Los conductores de puesta a tierrade equipos para circuitos de fuentes fotovoltaicas y circuitos de salida fotovoltaica se debendimensionar de acuerdo con (a) o (b) siguientes:

a) General. Los conductores de puesta a tierra de equipo para los circuitos de fuentesfotovoltaicas y los circuitos de salida fotovoltaica, deben estar dimensionados de acuerdo con laTabla 250-122. Cuando no se instale en el circuito un dispositivo de protección contra sobrecorriente, se debe suponer un dispositivo de sobre corriente con el valor de la corriente decortocircuito del sistema fotovoltaico para aplicar la Tabla 250-122. No se exigirá un incrementoen el tamaño del conductor de puesta a tierra de equipo para responder a las consideracionesde caída de tensión. Los conductores de puesta a tierra de equipos no deben tener un tamañoinferior a 2.08 mm2 (14 AWG).

b) Sin protección contra fallas a tierra. Para lugares diferentes a las unidades de vivienda dondeno se suministra protección contra fallas a tierra, de acuerdo con 690-5(a) hasta (c), cadaconductor de puesta a tierra de equipos debe tener una ampacidad de por lo menos dos (2)veces la ampacidad corregida por ocupación del tubo conduit y por temperatura del conductordel circuito.

NOM 001-SEDE 2012 SECCIÓN E. Sistemas de puesta a tierra….

NOM 001 SEDE 2012

NOTA: La corriente de cortocircuito de los módulos y de las fuentes fotovoltaicas essólo levemente superior al valor nominal de salida normal de plena carga. Encondiciones de falla a tierra, estas fuentes no pueden alimentar los altos niveles decorrientes de cortocircuito, o de falla a tierra, necesarias para activar rápidamente losdispositivos de protección contra sobrecorriente, como en los sistemas típicos decorriente alterna.

690-46. Conductores de puesta a tierra de equipos de un arreglo fotovoltaico. Los conductores depuesta a tierra de equipos con tamaño inferior a 13.3 mm2 (6 AWG) para módulos fotovoltaicos debencumplir con 250-120(c).

Artículo 285 NOM 001 SEDE 2012

Uso de supresores de sobretensión según IEC 62305-4, IEC 61642-11

QUE SEÑALES SON NECESARIAS PROTEGER……?

Es importante señalar que toda señal tanto de energía o dato que pueda estar sometida a una sobretensión transitoria debe ser protegida con supresores de

sobretensión SPD

CLASIFICACIÓN DE LOS SUPRESORES SEGÚN IEC 62305

Comparación de Ondas por descarga

Analogía de una descarga de RAYO

TIPO 1 CLASE C

TIPO 2 CLASE B TIPO 3 CLASE A

SIN PERTURBACIÓN

Cuando el inversor no está expuesto y no se cuenta con un sistema deprotección externa y no está considerado, se recomienda garantizar lafunción de aterrizaje de los marcos metálicos. Para esto deberán conectarlos marcos y soportes a la barra principal de tierras.

La sección transversal del conductor debe ser mínimo 6mm2 (cobre) o elequivalente. También deben unirse todos los marcos de los módulos coneste conductor.

Cómo será el resultado del análisis de riesgo?

Sistemacuando el sistema NO cuenta con protección

externa ( terminales aéreas)

Sistemacuando el sistema

NO cuenta con protección externa ( terminales aéreas)….

Si la instalación cuentacon terminales aéreasse recomiendaconectar los marcos ysoportes a la barra deigualación de potencialBPIP. La sección deestos conductoresdeberá mínimo ser6mm2 en cobre o suequivalente.

Sistemacuando el sistema cuenta con protección

externa

Cuando la instalación No se encuentra dentro del área de protección de las puntas terminales, todos los soportes conductores ( marcos y estructuras) deben ser conectados a la barra principal de igualación de potencial del sistema de puesta a tierra con una sección de 16 mm2 Cu o su equivalente. La unión entre los módulos y soportes son una ventaja

Supresor de sobretensión clase 2, 1000V CD

Supresor de sobretensión transitoria clase 2 CA 120V

Supresor clase 1, 120 V CA

Cuales son las razones del Por qué proteger contra descargas atmosféricas y sobretensiones los parques fotovoltaicos? Es importante señalar que en parques fotovoltaico tenemos las siguientescondicionantes:

1. Requerimiento de un análisis de riesgo que puede o no ser evaluado.2. La extensión en área en los parques fotovoltaicos hace que la

posibilidad de impacto de descargas atmosféricas sea elevada. Recordarque en el análisis de riesgo el área de impacto es el factor determinante.

3. El uso de sistema de tierras si es un factor obligatorio4. El tema de lograr un plano equipotencial es la razón de éxito en el

diseño de la red de tierras.5. La integración de las estructuras de soporte de los paneles a la red de

tierra se hace en extremo ventajoso.

Caso de éxito:Solar Capital Parque

175 MW

Casos de éxito: Integración tableros

Multi string string box. PLANTA INTEGRACIÓN TABLEROS TOLUCA

ENERGIA EÓLICA

ENERGÍA EÓLICA SPT

Tabla de diseño de calculo de la

resistencia a tierra partiendo

de la configuración

establecida

GRACIAS POR SU ATENCION