Introducción a la Puesta a Tierra en Sistemas Fotovoltaicos
La puesta a tierra en sistemas fotovoltaicos es un componente esencial para garantizar la seguridad eléctrica, la protección de los equipos y la operabilidad del sistema. Los sistemas fotovoltaicos (FV), al estar expuestos en techos o en espacios abiertos, son particularmente vulnerables a descargas atmosféricas, fallos de aislamiento y fluctuaciones de voltaje. En el diseño de un sistema de puesta a tierra para una instalación fotovoltaica, es crítico cumplir con normativas internacionales (como la IEC 60364 y IEC 62109-1) y garantizar una resistencia de tierra mínima para evitar corrientes de fuga peligrosas. Este artículo analiza los principios fundamentales de la puesta a tierra en sistemas FV, los esquemas de conexión más utilizados, los criterios de diseño y su aplicación concreta en la instalación FV del Parque Termal "Daniel Tisocco" en Chajarí, Entre Ríos, que opera a 380V trifásico con tensión monofásica de 220V.
Fundamentos de la Puesta a Tierra en Sistemas Fotovoltaicos
La puesta a tierra en un sistema fotovoltaico consiste en la conexión intencional de partes del sistema con el suelo mediante un sistema de electrodos de tierra. Sus objetivos principales son:
- Seguridad de las personas: Limitar tensiones peligrosas en estructuras metálicas o componentes expuestos, evitando el riesgo de electrocución.
- Protección de equipos: Prevenir daños en inversores, paneles y cableado ante sobretensiones transitorias y fallos de aislamiento.
- Operación estable: Reducir interferencias electromagnéticas y proporcionar un punto de referencia de potencial estable para la red eléctrica.
Tipos de Puesta a Tierra:
- Conecta a tierra todas las partes metálicas accesibles (chasis del inversor, estructuras de soporte, cajas de distribución).
- Cumple con la relación:
Donde:
- R: Resistencia de tierra (en Ω).
- I: Corriente de fallo a tierra (en A).
- Referencia: Norma CEI 64-8 (equivalente a IEC 60364).
- Instalación de descargadores de sobretensión tipo 2 (según IEC 61643-11) para desviar descargas atmosféricas o picos de voltaje.
- Los electrodos de tierra deben tener baja impedancia para facilitar la disipación de energía.
- Estabiliza el potencial eléctrico de referencia en sistemas de CC o CA.
- En sistemas de CC, se conecta un punto de referencia de potencial (no el "neutro", que no existe en CC) a tierra.
La estrategia depende de si el sistema FV está aislado de la red mediante un transformador o acoplado directamente.
Sistemas con Transformador
Permiten separación galvánica entre la instalación FV y la red eléctrica. Esquemas comunes:
- Sistema IT (Aislado de Tierra):
- Partes activas aisladas de tierra; masas metálicas conectadas a tierra.
- Requiere monitoreo constante del aislamiento (según IEC 62109-1).
- Sistema TN (Neutro Conectado a Tierra):
- Un polo del sistema FV y el neutro de la red están conectados a tierra.
- Permite activar protecciones convencionales en caso de fallo.
Sistemas sin Transformador
El generador FV está directamente acoplado a la red. Consideraciones clave:
- Aislamiento galvánico: Las partes activas deben estar aisladas de tierra para evitar fugas (norma IEC 62446-1).
- Interruptores diferenciales sensibles a CC: Detectan fugas en el lado de corriente continua, previniendo riesgos de electrocución. Se recomienda el uso de diferenciales de tipo B, ya que los de tipo A no son adecuados para detectar fugas en sistemas FV con inversores sin transformador.
Las sobretensiones, ya sean por rayos o fluctuaciones de red, pueden dañar inversores y paneles. Medidas recomendadas:
- Descargadores de sobretensión tipo 2 (IEC 61643-11): Instalados en CA y CC.
- Malla de tierra de baja impedancia: Reduce diferencias de potencial peligrosas.
- Conexión equipotencial: Estructuras metálicas interconectadas para evitar tensiones flotantes.
La instalación FV cuenta con 100 paneles solares de 550W montados en 10 monopostes de 5 metros, con una potencia total de 55 kWp (380V trifásico, 220V monofásico).
Diseño del Sistema de Puesta a Tierra
Se implementaron dos niveles de protección:
1. Puesta a Tierra del Sistema Fotovoltaico:
- Malla de tierra en lazo: Configuración (norma IEC 60364-7-712) con un único punto de conexión.- Resistencia de tierra ≤ 10 Ω: Garantiza disipación eficiente de corrientes de fallo y cumple con la norma IEC 60364-7-712 para instalaciones fotovoltaica o NEC 690.472.Puesta a Tierra de la Red de CA:
- Sistema independiente para evitar interferencias con el lado de CC.
- Interruptores termomagnéticos de 2 polos (por cada monoposte)- Protección de descarga atmosférica de 3 polos (por cada monoposte)
Conclusiones prácticas:
Seguridad de las Personas
- Teoría: La puesta a tierra de seguridad protege a las personas contra contactos indirectos en caso de fallo de aislamiento.
- Aplicación en Chajarí:
- Todas las partes metálicas accesibles (estructuras de soporte de los paneles, chasis de inversores, cajas de distribución) fueron conectadas a tierra.
- Se implementó un sistema de malla de tierra en lazo para asegurar una baja resistencia de contacto con el suelo, minimizando el riesgo de tensiones peligrosas.
Conclusiones prácticas:
Seguridad de las Personas
- Teoría: La puesta a tierra de seguridad protege a las personas contra contactos indirectos en caso de fallo de aislamiento.
- Aplicación en Chajarí:
- Todas las partes metálicas accesibles (estructuras de soporte de los paneles, chasis de inversores, cajas de distribución) fueron conectadas a tierra.
- Se implementó un sistema de malla de tierra en lazo para asegurar una baja resistencia de contacto con el suelo, minimizando el riesgo de tensiones peligrosas.
Conclusiones prácticas:
Seguridad de las Personas
- Teoría: La puesta a tierra de seguridad protege a las personas contra contactos indirectos en caso de fallo de aislamiento.
- Aplicación en Chajarí:
- Todas las partes metálicas accesibles (estructuras de soporte de los paneles, chasis de inversores, cajas de distribución) fueron conectadas a tierra.
- Se implementó un sistema de malla de tierra en lazo para asegurar una baja resistencia de contacto con el suelo, minimizando el riesgo de tensiones peligrosas.
Protección de Equipos Eléctricos
- Teoría: En sistemas sin transformador, es recomendable separar galvánicamente los sistemas de tierra de CC y CA para evitar interferencias.
- Aplicación en Chajarí:
- Se instalaron fusibles de en cada monoposte para evitar picos de corriente
- La estructura metálica de los paneles fue conectada a tierra para evitar diferencias de potencial peligrosas.
- Se dimensionaron los electrodos de tierra para garantizar una baja impedancia, mejorando la disipación de corrientes inducidas por rayos.
Operación Estable del Sistema
- Teoría: La puesta a tierra previene daños en inversores, paneles y cableado ante sobretensiones transitorias y fallos de aislamiento.
- Aplicación en Chajarí:
Se utilizó una configuración "pata de ganso" para conectar todos los electrodos de tierra a un único punto central. Esto evita la formación de bucles de corriente, reduciendo interferencias electromagnéticas y mejorando la estabilidad del sistema. El sistema pata de ganso es muy utilizado en sistemas de descargas atmosféricas de pararrayos. Se estableció un sistema de tierra independiente para la red de corriente alterna (CA), separándola del sistema de corriente continua (CC). Esto minimizó interferencias entre ambos sistemas.
Puesta a Tierra de la Red de Corriente Alterna
- Teoría: La puesta a tierra reduce interferencias electromagnéticas y proporciona un punto de referencia de potencial estable.
- Aplicación en Chajarí:
- Se estableció un sistema de tierra independiente para la red de corriente alterna, asegurando que no interfiriera con el sistema de corriente continua.
Integración de un Tablero Intermedio de Corriente Alterna
- Teoría: Un tablero intermedio de CA mejora el control, la seguridad y la maniobrabilidad del sistema durante tareas de mantenimiento.
- Aplicación en Chajarí: Se instaló un tablero intermedio junto al tablero principal, equipado con
- Interruptores termomagnéticos.
- Protección atmosférica (descargadores de sobretensión para protección contra rayos)
- Disyuntor diferencial CA
Este diseño permitió realizar cortes selectivos de energía sin afectar toda la instalación, mejorando la seguridad y facilitando el mantenimiento.
El caso práctico de Chajarí demuestra cómo los principios teóricos de puesta a tierra pueden aplicarse de manera efectiva en un proyecto real. La combinación de una malla de tierra en lazo, una configuración "pata de ganso", y tableros intermedios para optimizar la seguridad, la eficiencia y la operabilidad del sistema fotovoltaico. Este enfoque puede servir como un modelo de referencia para futuros proyectos de energía renovable en entornos similares.
-Los tableros intermedios permiten cortes selectivos de energía, facilitando el mantenimiento seguro y reduciendo el tiempo de inactividad del sistema-
Normas consultadas:
- EC 60364 (norma general para instalaciones eléctricas de baja tensión)
- IEC 62109-1 (relativa a la seguridad de inversores y convertidores)
- IEC 61643-11 (protección contra sobretensiones)
- IEC 62446-1 (documentación y requisitos de inspección para sistemas fotovoltaicos)
- IEC 60364-7-712 (requisitos específicos para instalaciones fotovoltaicas)
- NEC 690.47 (parte del Código Eléctrico Nacional de EE.UU. sobre la puesta a tierra en sistemas FV)
Fuente: Departamento técnico de Atec Ingeniería
