Vigilancia del aislamiento y medidas de protección en instalaciones fotovoltaicas

Thomas Nuño, gerente de Bender

20/10/2021

La publicación de la norma armonizada UNE-HD 60364-7-712:2017 de instalación de sistemas fotovoltaicos ha traído y confirmado algunos aspectos vitales para la protección de las personas y de la propia instalación. En este documento quiero resaltar los puntos más importantes.

En el punto 712.410 se describen claramente las medidas de protección contra descargas eléctricas:

712.410.101. El material eléctrico en el lado de la corriente continua debe considerarse bajo tensión, tanto cuando el lado de la corriente alterna esté desconectado de la red, como cuando el inversor esté desconectado del lado de la corriente continua.
Esto supone que no es aplicable la medida de '“protección por corte automático de la alimentación' indicada en el Reglamento de Baja Tensión (RBT) y en la UNE-HD 60364-4-41:2018 'Protección contra los choques eléctricos'.

712.410.3.5. No deben aplicarse las medidas de protección especificadas en el Documento de Armonización HD 60364-4-41:2007 (UNE-HD 60364-4-41:2018), anexo B.

Esto se refiere a las medidas de 'Protección por puesta fuera de alcance por alejamiento'” (protección contra contactos directos). Las instalaciones fotovoltaicas ya no pueden ser tratadas como instalaciones de servicio eléctrico solo accesibles al personal autorizado.

712.410.3.6 . No deben aplicarse las medidas de protección especificadas en el Documento de Armonización HD 60364-4-41:2007 (UNE-HD 60364-4-41:2018), anexo C.

Esto se refiere a las 'Medidas de protección aplicables solo cuando la instalación está controlada o supervisada por personas cualificadas o advertidas' ; una aplicación más laxa de las medidas de protección contra descarga eléctrica ya nos está permitida.

712.410.102 En el lado de corriente continua, debe aplicarse una de las siguientes medidas de protección:

aislamiento doble o reforzado
muy baja tensión (de seguridad MBTS o de protección MBTP)

Esto supone en la práctica por razón del nivel de tensión (UOC MÁX. <120VDC), que la mayoría de los sistemas fotovoltaico tienen que utilizar la medida de protección por “aislamiento doble o reforzado”. Otras medidas de protección contra descargas eléctricas ya no son permitidas.

El operador de la instalación fotovoltaica es responsable de que la medida de protección por 'aislamiento doble o reforzado' se garantice bajo cualquier circunstancia durante toda la vida útil de la instalación.

El operador ya no se puede zafar de su responsabilidad por aplicación del Anexo B o C de la UNE-HD 60364-7-712:2017. Ya no es suficiente poner una valla alrededor de la instalación fotovoltaica.

Ya desde el inicio del boom fotovoltaico se publicaron normas de fabricación de los componentes de la instalación (inversores, módulos, …) para asegurar la medida de protección por “aislamiento doble o reforzado' durante toda la vida útil de la instalación fotovoltaica.

Sin embargo, la experiencia, los trabajos de investigación y las publicaciones derivadas periódicamente de las mismas demuestran que los requisitos de fabricación no son una garantía de que la clase de protección II de los componentes de una instalación fotovoltaica se mantiene durante toda su vida útil.

A menudo, los informes sobre accidentes en instalaciones fotovoltaicas dejan claro que en muchos casos se ahorra en el sitio equivocado:

Se utilizan componentes que solo cumplen en el papel las necesarias especificaciones.
No se dedica el tiempo suficiente para una instalación cuidadosa, poniendo así en marcha una instalación predañada. No todos los fallos se detectan en la puesta en marcha y a menudo los inspectores no tienen el conocimiento suficiente.
El mantenimiento y las pruebas periódicas a menudo se realiza bajo la presión de los costes, de forma que solo hay tiempo para las inspecciones mínimas exigidas, quedando con ello muchos fallos ocultos.

Mas allá, cada vez se identifican nuevos factores de influencia que producen la perdida temprana de las características de la clase de protección II en los componentes de la instalación. Estos factores eran desconocidos a la hora de elaborar las normas de fabricación y por lo tanto no se tuvieron en cuenta. Un ejemplo son los requisitos sobre la resistencia al amoniaco (IEC 62716), que se establecieron después de la experiencia de fallos en instalaciones fotovoltaicas en zonas agrícolas. La curva de aprendizaje en instalaciones fotovoltaicas todavía no ha terminado.

En la UNE-HD 60364-4-41:2018 “Protección contra los choques eléctricos” encontramos los requerimientos para sistemas eléctricos donde las medidas de protección no pueden ser cumplidas con seguridad:

410.3.7 Si no pudieran cumplirse ciertas condiciones de una medida de protección, deben aplicarse disposiciones complementarias de forma que la combinación de disposiciones de protección consiga el mismo grado de seguridad.

En instalaciones fotovoltaicas donde p. ej. no pueda asegurarse la medida de protección por “aislamiento doble o reforzado” con suficiente fiabilidad durante la vida útil de la instalación (como se exige en la norma), se tienen que tomar medidas complementarias que en conjunto ofrezcan el mismo grado de seguridad.

Lo que se entiende como medidas complementarias en instalaciones fotovoltaicas lo podemos encontrar en el siguiente subapartado de la UNE-HD 60364-7-712:2017:

712.421.101.1 Debe instalarse un dispositivo controlador del aislamiento (IMD) excepto cuando aplique el apartado 712.421.101.2, para verificar el estado de aislamiento en el lado de la corriente continua a lo largo del ciclo de vida del grupo fotovoltaico.

La excepción según 712.421.101.2 hace referencia a los sistemas fotovoltaicos puestos a tierra (tierra de función).

OBSERVACION: Dispositivos de detección de aislamiento (IMDs) para esquemas IT según la norma UNE-EN 61557-8:2016 (Anexos C y D) cumplen esta función. Los anexos C y D de la norma hacen referencia a los requisitos especiales para los dispositivos de detección de aislamiento (DDA-PV) y la función de detección del aislamiento de un inversor (FDA-PV) en una instalación fotovoltaica respectivamente.

Con el estado actual de la técnica (UNE-HD 60364-7-712:2017) se puede decir que todas las instalaciones fotovoltaicas que no están puestos a tierra (tierra de función) tienen que ser monitorizadas de forma permanente mediante un dispositivo de detección de aislamiento (IMD) para esquemas IT según la norma UNE-EN 61557-8:2016 (Anexos C y D).

Para sistemas fotovoltaicos puestos a tierra (tierra de función) es válido el siguiente apartado:

“712.421.101.2 Al realizar una puesta a tierra de función de uno de los conductores activos del lado DC dentro del inversor, hay que contemplar una medida tal, que en caso de un fallo de aislamiento contra tierra se asegure una interrupción de la corriente de defecto de acuerdo con la tabla 712.537.”

En una instalación fotovoltaica de potencia nominal >250 kW, esta corriente de defecto es de máx. 5A. Esta corriente aparece con una resistencia de aislamiento inferior a 300Ω en una instalación fotovoltaica de DC 1500V. La puesta a tierra de función se realiza normalmente con un detector-interruptor de corriente a tierra (PV Ground-Fault Detector Interrupter “GFDI”) instalado entre el polo negativo y tierra. De esta forma, cuando se produce una corriente de defecto superior al valor permitido, actúa el GFDI y convierte la red fotovoltaica puesta a tierra en una red en esquema aislado IT con fallo.

Sin embargo, si en el sistema con puesta a tierra de función aparece un primer fallo de aislamiento de baja resistencia entre el polo negativo y tierra y posteriormente un segundo fallo de baja resistencia entre el polo positivo y tierra, se establece un circuito de corriente entre positivo y negativo. El divisor de tensión que se establece decide si la protección GFDI actúa o no. Y aun en el caso en que actúe, persiste el circuito de corriente a través del doble fallo, lo que puede provocar un incendio.

Desde 2011 existen en Estados Unidos diversas publicaciones relacionadas con este problema. P. ej. en un gran incendio de una instalación fotovoltaica en Bakersfield se determino que existió un punto ciego en la protección con GFDI. Una búsqueda en internet con las palabras “Blindspot/Bakersfield/Bill Brooks” permite encontrar gran cantidad de información sobre esta protección insuficiente.

También disponemos de informaciones de diversos fabricantes de inversores, que notifican sobre daños o destrucción de los inversores por dobles fallos de aislamiento no detectados con la protección integrada GFDI.

Los peligros descritos en instalaciones fotovoltaicas con puesta a tierra de función con posible resultado de incendios y destrucción de las instalaciones llevan a los instaladores que conocen este problema a instalar un dispositivo de detección de aislamiento.

El dispositivo de detección de aislamiento (IMD) asegura la existencia de un nivel mínimo de aislamiento con una medida nocturna o como mínimo por la mañana, antes de conectar el inversor a los módulos fotovoltaicos. Esta medida se realiza mediante la separación de la tierra de función, convirtiéndose en un sistema aislado de tierra IT.

Conclusión

La norma armonizada de instalación de sistemas fotovoltaicos UNE-HD 60364-7-712:2017 establece como medida de protección contra descargas eléctricas y protección contra incendios la aplicación fiable de la clase de protección II por “aislamiento doble o reforzado” durante toda la vida útil de la instalación. Esta fiabilidad de por vida es solo asegurable mediante la medida complementaria del aislamiento con dispositivos según la UNE-EN 61557-8:2016 (Anexos C y D).

Esta medida del aislamiento será permanente en sistemas fotovoltaicos en esquema IT. En caso de sistemas con puesta a tierra de función, la medida del aislamiento se deberá hacer tanto antes de la conexión del campo fotovoltaico al inversor como en caso de disparo de la protección GFDI de la puesta a tierra.

Bender dispone de una gran variedad de vigilantes de aislamiento adaptados a las necesidades de cada instalación, estando presentes con ellos en mas de la mitad de las instalaciones fotovoltaicas alrededor del mundo.