Incendio en sistemas fotovoltaicos: los peligros del arco eléctrico

Los sistemas fotovoltaicos están diseñados para una larga vida operativa, de al menos 20 años de funcionamiento y sin interrupciones no programadas.

La alta durabilidad del sistema sólo se logra garantizando que todos los puntos comunes de falla se aborden adecuadamente.

Estudios Estudios internacionales señalan que las fallas en los puntos de conexión son las que tienen más probabilidades de ocurrir. También son los que presentan mayor riesgo de cortes de generación de energía e incendios.

Incluso dada su importancia para el buen funcionamiento de los sistemas fotovoltaicos, las conexiones representan un bajo coste en comparación con el importe invertido en un sistema completo.

Las conexiones del lado del módulo fotovoltaico están sometidas a altas tensiones de corriente continua y a la exposición a la intemperie, lo que provoca la formación de malos contactos y arcos eléctricos cuando las conexiones no se realizan correctamente.

No es raro escuchar noticias de incendios en sistemas fotovoltaicos provocados por problemas de conexión, tanto en Brasil como en el extranjero.

El arco electrico

El aire alrededor de las instalaciones eléctricas puede considerarse un buen aislante, de modo que para que una diferencia de voltaje entre dos conductores expuestos separados por 10 cm forme un arco y conduzca corriente, es necesaria una tensión de alrededor de 300 kV. Cuando se supera este límite de aislamiento, también llamado rigidez dieléctrica, se forma un arco eléctrico. El arco eléctrico es el camino que sigue una corriente cuando se supera la rigidez dieléctrica del aire. El flujo de corriente en un arco contiene energía suficiente para transformar el aire que lo rodea en plasma, provocando un gran calentamiento del medio (en las máquinas de soldar que utilizan arco eléctrico, esta temperatura varía entre 3000 °C y 20.000 °C) y emisión de luz visible. También se pueden formar arcos cuando un conductor se corta o corta mientras transporta corriente. La corriente que circula por el arco puede incluso tener valores cercanos a la corriente que circulaba antes de cortar el conductor, dificultando la actuación de los dispositivos de protección.

Arco eléctrico en sistemas fotovoltaicos.

Los arcos en sistemas fotovoltaicos tienen un agravante: la corriente y la tensión involucradas son continuas. Los arcos en sistemas de corriente alterna son más fáciles de extinguir, ya que por la propia naturaleza del sistema la corriente y el voltaje varían. y alcanzar el punto de voltaje cero varias veces por segundo.

El siguiente vídeo demuestra la diferencia de intensidad y formación de arco en sistemas con el mismo voltaje, pero que varían entre corriente continua y corriente alterna.

Vídeo 1: Arco formado por cuatro paneles de 250 Wp conectados en serie. El voltaje de circuito abierto de la matriz es 149,6 V.

Los arcos en los sistemas fotovoltaicos surgen principalmente de dos formas: conexiones mal hechas o entre cables con aislamiento comprometido. Este artículo se centra en analizar las conexiones deficientes.

Los puntos de conexión más expuestos a la formación de arcos son las conexiones entre módulos o entre módulos e inversores o string boxes. Los conectores adoptados a nivel mundial en sistemas fotovoltaicos siguen el estándar MC4.

El conector tipo MC4 está diseñado para minimizar el riesgo de malos contactos: tiene un mecanismo de conexión robusto, cuando se desconecta no tiene partes metálicas expuestas y tiene un buen aislamiento eléctrico.

Porém, deve-se observar que a abertura de um conector enquanto o sistema conduz corrente é perigosa e é proibida pelos fabricantes dos conectores e pelas normas que regem os sistemas fotovoltaicos, pois há o risco de formação de arco elétrico com a desconexão com o sistema En funcionamiento.

Las cajas de strings concentran la mayoría de las conexiones y no tienen un mecanismo de conexión tan robusto como los conectores tipo MC4.

La conexión entre los conductores y los terminales de los dispositivos internos (portafusibles, disyuntores, seccionadores y DPS) debe seguir las especificaciones de los respectivos fabricantes.

Cabe señalar también que está prohibido conectar cables a dispositivos sin ningún tipo de enchufe, terminal o terminación adecuada.

La conexión directa de cables a los dispositivos no soporta esfuerzos mecánicos ni garantiza una buena conexión eléctrica, lo que ya generaría un posible problema de calentamiento además del riesgo de que el cable se suelte y provoque un arco eléctrico en el interior de la caja de cables.

También cabe señalar que la mayoría de los dispositivos no admiten una derivación o paralelismo directamente en sus terminales. Si fuera necesario, el paralelismo o derivación deberá realizarse a través de terminales específicos para tal fin.

Para garantizar que los cables estén correctamente sujetos, se deben respetar los límites de torque de los tornillos del conector. Un tornillo con un par de apriete inferior al recomendado supone un riesgo de aflojamiento del cable y, en consecuencia, de arco eléctrico.

Un tornillo con un torque excesivo puede aplastar el cable, dañar los terminales o dañar la estructura del propio dispositivo.

Los terminales eléctricos de cualquier dispositivo (disyuntor, portafusibles, terminales, etc.) tienen una especificación de par. Esta especificación se puede encontrar en la hoja de datos del dispositivo o, en algunos casos, en el propio dispositivo.

Pocos instaladores observan esta especificación y casi siempre se descuida la necesidad de utilizar una llave dinamométrica al realizar conexiones eléctricas. Dado el riesgo de incendio que existe en los sistemas fotovoltaicos, es de gran importancia la práctica de realizar buenas conexiones y observar las especificaciones de los fabricantes.

Tabla 1: Datos técnicos del portafusibles en la Figura 5, que muestra los límites de torque inferior y superior de los terminales

Cuidado para asegurar buenas conexiones eléctricas.

El cumplimiento del correcto par de apriete de los tornillos, así como el uso de terminales adecuados para sujetar y paralelizar los cables, minimiza el riesgo de conexiones flojas, malos contactos y arcos eléctricos que pueden provocar incendios en la caja de strings o en el inversor.

Como ya se ha comentado, el arco que forman los sistemas fotovoltaicos es de corriente continua, de difícil extinción y con una alta probabilidad de dañarse.

Los instaladores de sistemas fotovoltaicos deben tener siempre a su disposición una llave dinamométrica, así como otras herramientas adecuadas a los dispositivos con los que trabajan.

Los costos de terminales, conectores, herramientas y terminaciones de cables tienen un bajo impacto en el costo total de la obra, mientras que las conexiones eléctricas son el mayor punto de falla en los sistemas.

No debes ahorrar dinero ni “inventar soluciones locas” en las conexiones. Siempre se debe garantizar en primer lugar la seguridad física de las personas y la seguridad material del sistema.

En resumen, estas son algunas precauciones que se deben observar en las conexiones eléctricas de sistemas fotovoltaicos:

• No soldar conectores de ningún tipo (MC4 u otros). Como una regla, No se permiten conexiones eléctricas soldadas en circuitos eléctricos.. Se deben utilizar conectores adecuados para cada tipo de conexión;
• No empalme cables sin conectores, con cinta aislante o de cualquier otra forma. Además de no proporcionar un buen contacto eléctrico, las conexiones realizadas con cinta aislante no ofrecen el aislamiento eléctrico y la durabilidad que se espera en los sistemas fotovoltaicos;
• No conecte cables a dispositivos (disyuntores, portafusibles, terminales, etc.) sin utilizar terminales adecuados. Las entradas de terminales siempre deben utilizar terminales tipo ojal o ojal, según corresponda. Cuando sea necesario paralelizar cables, siempre se deben utilizar terminales dobles. En la Figura 4, por ejemplo, vemos un caso en el que se deben utilizar terminales de doble ojal;
• Utilice conectores MC4 de buena calidad y buen origen. Los conectores representan una pequeña fracción del coste de un sistema fotovoltaico, como ya hemos comentado. Nada justifica el uso de conectores genéricos de dudosa calidad;
• Apretar correctamente los tornillos de conexión eléctrica. El correcto apriete de un tornillo debe realizarse utilizando una llave dinamométrica y respetando las especificaciones del valor de par adecuado para cada tipo de dispositivo, según las indicaciones de los fabricantes. La función de llave dinamométrica ya se puede encontrar integrada en algunas herramientas de uso general. Simplemente reemplace la herramienta original (destornillador, por ejemplo) con una herramienta con torque ajustable, como se ve en la figura siguiente. Al ajustar el valor de par deseado, la herramienta señala (al final del procedimiento de apriete) cuando se ha alcanzado el par especificado. De esta manera, los tornillos se aprietan de forma fiable, sin menos o más torque del necesario.