Puesta a tierra de grandes centrales fotovoltaicas

En colaboración con el ingeniero eléctrico Wagner Costa

El último párrafo del documento IEEE 2778-D4:2020 – Guía para la puesta a tierra de plantas de energía solar para protección del personal, relativo a la puesta en marcha de una planta fotovoltaica de gran tamaño (más de 5 MWp), se puede resumir de la siguiente manera, en una traducción muy vaga: “ Hacer un buen diseño del sistema de puesta a tierra, basándose en una buena base de datos de resistividad del suelo, porque luego no será posible medirlo”.

Esta es una observación importante que debemos tener en cuenta al diseñar el sistema de puesta a tierra de una planta fotovoltaica. Muchos proyectos se diseñan como si una planta fotovoltaica a gran escala fuera una subestación, basándose en estudios geoeléctricos superficiales y utilizando software que considera que los conductores de la red de puesta a tierra son ideales. 

No es posible comparar las dimensiones de una subestación con las de una gran planta fotovoltaica. El software que se utiliza para una SE, con dimensiones del orden de decenas de metros, no necesariamente es apto para cualquier tipo de proyecto, mucho menos para grandes centrales generadoras, con dimensiones del orden de kilómetros, como es el caso de los parques. Plantas eólicas y fotovoltaicas.

La norma IEEE-2778-D4:2020 sugiere que las mediciones de resistividad del suelo se realicen utilizando una matriz del orden de 500 mx 500 m. La norma también sugiere que estos sondeos deben estar espaciados hasta 75 m, lo que supone una apertura AB del orden de 220 m (considerando que se trata de un dispositivo de medición Wenner). 

Finalmente, la norma sugiere que se realicen algunas perforaciones de gran apertura de 300 metros, lo que supone una apertura AB de alrededor de un kilómetro, con vistas a caracterizar las capas profundas del suelo, con equipos de potencia compatible con tales ensayos y condiciones de campo. Una matriz de sondeos geoeléctricos del orden de 500 mx 500 m tiene una dimensión del orden de magnitud de un sector de una planta fotovoltaica (conjunto de parques fotovoltaicos conectados a un mismo centro eléctrico). 

Un estudio geoeléctrico con una apertura de 1 km requiere la disponibilidad de un potente resistímetro, que permita la inyección de una corriente de medición que proporcione una buena relación señal/ruido y la separación del Potencial Estático (PE) de la medición. IEEE-2778-D4:2020 señala que debido a las grandes dimensiones de las plantas fotovoltaicas a gran escala, la impedancia de los conductores de un extremo al otro de la red puede ser del orden de magnitud de su propia resistencia de puesta a tierra, lo que destaca la importancia de un modelado más preciso del sistema de puesta a tierra. 

Respecto a los programas de simulación de sistemas de puesta a tierra, esta norma señala que varios programas presentan limitaciones en cuanto al modelado del suelo, el número máximo de segmentos de conductores o la falta de consideración de las impedancias propias y mutuas de los conductores. Esta norma, que es la más completa en lo que respecta al sistema de puesta a tierra de plantas fotovoltaicas de gran escala, deja clara la necesidad de contar con modelos de suelo profundo y software apropiado, no sólo para proyectos de plantas fotovoltaicas, sino también para parques eólicos.

Según la norma IEC/TS 62738:2018 – Centrales fotovoltaicas montadas en suelo – Directrices y recomendaciones de diseño, una planta fotovoltaica es una planta de generación de energía, cuyo acceso está restringido a personas cualificadas y con EPI (equipo de protección personal). adecuado.

Según la norma IEEE-2778-D4:2020 (ítem 5.3.5), el área interna de una planta fotovoltaica puede considerarse un ambiente controlado, donde se puede requerir el uso de zapatos con suela aislante adecuados para una planta de generación de energía. . energía.

Con base en estas premisas, la evaluación del desempeño del sistema de puesta a tierra de una planta fotovoltaica, desde el punto de vista de la seguridad humana, debe realizarse considerando dos criterios, uno válido para los trabajadores dentro de la planta fotovoltaica y el otro para cualquier persona que toca la valla en el perímetro exterior de la planta fotovoltaica.

Según la ABNT 16.603:2017 – Calzado Aislante Eléctrico, la resistencia eléctrica de una bota utilizada por un electricista debe ser superior a 1.000 MΩ. El calzado debe ser capaz de soportar la aplicación de 14.000 V (rms) a 60 Hz durante un minuto y el valor de la corriente de fuga no debe ser superior a 0,5 mA. Por lo tanto, la cuestión de la seguridad humana en el interior de la planta fotovoltaica no es crítica, teniendo en cuenta que todos los que se encuentran en su interior están cualificados y utilizan EPI adecuados.

De esta manera, la región crítica a efectos del diseño de la rejilla de puesta a tierra es el perímetro exterior de la valla, donde cualquier ciudadano, descalzo, puede tocarla. Lo ideal sería que la valla esté conectada a tierra independientemente de la red de la planta fotovoltaica, lo que no siempre es posible. La siguiente figura ilustra el mapeo GPR (Ground Potential Rise) en la simulación de una planta fotovoltaica GD (5 MWp) con dos tipos de software:

• Arriba: malla conductora real;
• Abajo: malla de conductores ideales (impedancia cero – malla equipotencial).

La diferencia en el GPR calculado para las dos condiciones es significativa (entre el 30% y el 50%), incluso para una planta fotovoltaica de sólo 5 MW. Para una planta fotovoltaica de gran tamaño, el error impuesto por un programa que considere la malla equipotencial será mucho mayor, resultando en mapeos de tensiones de paso y de contacto bastante diferentes a las que realmente pueden ocurrir. 

Lo peor es que la simulación con un programa que considera la malla equipotencial presenta un resultado optimista, no permitiendo identificar altos gradientes de potencial que se presentan en la parte de la planta fotovoltaica cercana a la subestación, y que resultan en tensiones y toques que puede superar los límites tolerables, especialmente en el perímetro exterior de la valla de la planta fotovoltaica.

Por lo tanto, la evaluación del desempeño del sistema de puesta a tierra de una gran planta generadora, ya sea una planta fotovoltaica o un parque eólico, considerando los requisitos establecidos en las normas internacionales aplicables (IEEE e IEC), requiere de todo un conjunto de recursos de modelación que ir mucho más allá de los recursos habitualmente aplicables a subestaciones y otras instalaciones más pequeñas.