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¿Cómo funciona un protector contra sobretensiones en una instalación solar?
Un protector contra sobretensiones actúa como válvula de seguridad eléctrica. En funcionamiento normal, es transparente al circuito: la corriente fluye sin pasar por él. En cuanto una sobretensión supera el umbral de disparo, el protector crea un camino de baja impedancia hacia tierra y desvía la energía de impulso antes de que llegue al equipo aguas abajo.
La protección de un sistema fotovoltaico requiere un enfoque de dos niveles, correspondiente a los dos circuitos del sistema.
En el lado de corriente continua, el protector se coloca entre las cadenas del módulo y la entrada del inversor. Debe estar homologado para el voltaje máximo de circuito abierto de la instalación, según la norma IEC 61643-31, que define específicamente los requisitos para dispositivos de protección contra sobretensiones en sistemas fotovoltaicos de corriente continua. Un protector calibrado al voltaje nominal y no al voltaje de circuito abierto corregido por temperatura puede estar subdimensionado.
En el lado de corriente alterna, el protector se instala entre la salida del inversor y la red o el cuadro principal. La norma IEC 61643-11 regula estos dispositivos para aplicaciones de corriente alterna de bajo voltaje.
Los protectores tipo 1 están diseñados para absorber corrientes parciales de rayo, de un impacto directo o de una onda que se propaga a través de conductores externos. Los protectores tipo 2 proporcionan una protección fina del equipo contra sobretensiones residuales.
Lo que dice la normativa española: obligaciones que se están reforzando
Antes de entrar en las particularidades del fotovoltaico, conviene aclarar un punto: la obligación de instalar un protector contra sobretensiones no es exclusiva de las instalaciones solares. Se aplica a cualquier instalación eléctrica de baja tensión, siempre que se cumplan ciertas condiciones de riesgo de rayo, en particular la presencia de un pararrayos según la ITC-BT-23, el nivel ceráunico de la zona geográfica o el modo de alimentación desde una red aérea.
El marco normativo aplicable a las instalaciones fotovoltaicas en España se apoya en varios textos que se complementan entre sí. El Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión (REBT) y su instrucción técnica ITC-BT-40, junto con el Real Decreto 244/2019 de autoconsumo, definen los requisitos técnicos propios de las instalaciones fotovoltaicas conectadas a red, incluida la protección contra sobretensiones. En paralelo, la norma UNE-HD 60364-7-712 detalla los criterios de cálculo aplicables a los generadores fotovoltaicos.
Los protectores contra sobretensiones son ahora obligatorios en varias configuraciones específicas de las instalaciones fotovoltaicas. La normativa española determina la necesidad de un protector adicional en el lado de corriente continua a partir de una longitud crítica de cable (Lcrit), calculada según la densidad de caída de rayos de la zona y la longitud de los conductores DC, conforme a la UNE-HD 60364-7-712.
Cuando la longitud real del itinerario entre el inversor y los puntos de conexión de las distintas cadenas supera esta longitud crítica, la instalación de protectores tipo 1 se vuelve obligatoria.
Los errores frecuentes en el dimensionamiento de los protectores PV
La mayoría de los errores observados en campo se deben a un dimensionamiento realizado sin los parámetros exactos de la instalación.
El primer error es usar un protector contra sobretensiones de corriente alterna estándar en el lado de corriente continua. Este tipo de dispositivo no está diseñado para interrumpir corriente continua. En caso de sobretensión, puede que no corte el arco eléctrico y se deteriore debido a un cortocircuito.
El segundo error es calibrar el protector de CC al voltaje nominal de los módulos en lugar de al voltaje máximo de circuito abierto corregido por temperatura. El voltaje de una cadena puede superar entre un 15 y un 20 % el valor nominal indicado en condiciones de frío, lo que puede situar al inversor fuera del rango de protección del DPS.
El tercer error es seleccionar un protector cuyo voltaje máximo de funcionamiento (Uc) esté demasiado cerca del voltaje de funcionamiento de la instalación. Este margen insuficiente provoca que el DPS se dispare inesperadamente, interrumpiendo la producción sin motivo relacionado con una sobretensión real.
El cuarto error es diseñar el estudio solar y el estudio eléctrico en dos herramientas separadas, sin transferencia automática de datos. Cuando los parámetros de instalación, en particular la configuración de las cadenas, la tensión en circuito abierto y las longitudes de los cables, se transcriben manualmente de un software a otro, se acumulan inconsistencias y el dimensionamiento del DPS se basa en datos que ya no corresponden a la arquitectura real del proyecto. elec calc SOLAR unifica el estudio solar y el estudio eléctrico en una sola herramienta, con transferencia automática de los parámetros de cadena hacia el dimensionamiento del DPS.