Detección y localización de fallas a tierra en sistemas fotovoltaicos

Detección de fallas a tierra en aplicaciones solares

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Duración de la presentación: 50-55 minutos + Q&A

Preguntas y comentarios → por favor, use la Q&A box.

Agenda

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Presentación Bender Group

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Efectos de la corriente eléctrica

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Esquemas eléctricos utilizados en instalaciones fotovoltaicas

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Normativa

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Soluciones Propuestas

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Conclusiones

Presentación Bender Group Presentación Bender Group

El Origen

Presencia global ■ +1000 empleados en cuatro continentes ■ Inversión de más del 15 % de nuestros beneficios en I+D ■ Facturación >125 millones € ■ Fabricante alemán de electrónica con 75 años en el mercado

15

BENDER GROUP MEMBERS

70

REPRESENTANTES

▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪

Bender Benelux Bender Canada Bender China Bender Germany Bender Iberia Bender India Bender Ireland Bender Italy

▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪

Bender Chile Bender Russia Bender Thailand Bender UK Bender USA Bender Switzerland Ebee Germany Bender Mexico Bender Perú

Segmentos de negocio

Construcción de Máquinas e Instalaciones

Sector Hospitalario

Oil & Gas

Energías Renovables

Suministro Eléctrico Público

Barcos y Puertos

Sector Ferroviario

eMobility

Data Centers

Minería

Porfolio de productos

Vigilancia del aislamiento

Localización de fallos de aislamiento

Monitores de corriente diferencial residual

Monitores de la resistencia de puesta a tierra del neutro

Calidad de la energía

Relés de monitorización y medida

Comunicación

Controladores de carga

Transformadores toroidales

Otros componentes

Efectos de la corriente eléctrica

Efectos de la corriente sobre el cuerpo humano

Prof. Ing. Dr. Phil. Gottfried Biegelmeier Profesor Ingeniero en Electrotécnica, Física experimental y Electropatología ▪

1957 presenta la primera patente sobre un interruptor de protección diferencial como lo conocemos en la actualidad

▪

En 1970 empieza a trabajar en electropatología experimentando en el mismo

▪

Estos estudios fueron la base para el IEC-Report 60479, referencia para todas las normas internacionales de seguridad eléctrica

▪

Premiado con la Cruz de Honor de la Ciencia y las Artes de 1ª Clase en 1993 en Viena. Tambien el American IEEE-Power Life Award 1985 y el Japanese IKEDA Award 1993 figuran entre los premios internacionales.

Efectos decorriente la corriente alternasobre sobreel el cuerpo Efectos de la alterna cuerpo humano humano IEC/TS 60479-1

Efectos de la corriente continua sobre el cuerpo humano IEC/TS 60479-1

Riesgo de incendio IEC 60364-4-42:2001-08

Fallos de aislamiento o corrientes de falla

Causas

Consecuencias

Daños mecánicos en los cables debidos a: - Vibraciones - Torsión - Cambios de temperatura

Altos costes debido a la interrupción de la generación.

Humedad

Riesgo de incendio en caso de superar 60W de energía

Polución

Fallos de sistemas críticos de seguridad

Radiación Solar

Mantenimientos no planificados

Envejecimiento

Desconexión inesperada de equipos de protección

Suciedad

Peligros para el personal de mantenimiento

Comportamiento del aislamiento eléctrico Resistencia de aislamiento de los módulos Normas

Aislamiento doble o reforzado

▪ EN 61215 Crystaline silicone photovoltaic modules ▪ EN 61646 Thin-film terrestrial photovoltaic modules

𝑅𝑖𝑠𝑜 𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠 =

1 1 𝑅𝑀𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜 1

+

1 𝑅𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜 2

+ ⋯+

1

𝑅𝑖𝑠𝑜 𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜 ≥ 40 𝑀Ω 𝑝𝑜𝑟 𝑚2

→

𝑅𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑛

𝑅𝑖𝑠𝑜 𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠 =

40 𝑀Ω = 55 𝑘Ω 7200

𝑅𝑖𝑠𝑜 𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠 =

𝑅𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑁º 𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠

Comportamiento del aislamiento eléctrico Resistencia de aislamiento equivalente del sistema ▪ Resistencia de aislamiento del módulo.

▪ Resistencia de aislamiento del cable ▪ Resistencia de aislamiento del inversor

𝑅𝑖𝑠𝑜 =

1 𝑅𝑖𝑠𝑜 𝑀𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠

+

1 1 𝑅𝑖𝑠𝑜 𝑐𝑎𝑏𝑙𝑒

+

1 𝑅𝑖𝑠𝑜 𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑜𝑟

Comportamiento del aislamiento eléctrico Evolución de la resistencia de aislamiento

Comportamiento del aislamiento eléctrico Curva de resistencia de aislamiento en una planta fotovoltaica

▪ 720 módulos por string.

▪ 10 strings por inversor

▪ 7200 módulos = 540 kW ▪ 5 unidades de 540 kW = 2,7 MW

Comportamiento del aislamiento eléctrico Curva de resistencia de aislamiento en una planta fotovoltaica Mañana aprox.

10 kΩ

Día aprox. 60 kΩ

Noche aprox. 40 kΩ

Energía Generada

Efecto de la capacidad de derivación Capacitancia de un módulo PV Depende del área, el tipo y las condiciones ambientales: ▪ Módulos vidrio-vidrio sin marco → 1 nF por kWp ▪ Módulos capa fina

→ 1 μF por kWp

Ejemplo: ▪ Instalación de 1MW ▪ Módulos de capa fina

𝟏𝟎𝟎𝟎 𝒌𝑾 𝒙 𝟏

𝝁𝑭ൗ 𝒌𝑾 = 𝟏𝟎𝟎𝟎 𝝁𝑭

Efecto de la capacidad de derivación Capacitancia la instalación

Esquemas eléctricos Esquemas eléctricos

Esquemas eléctricos en instalaciones fotovoltaicas

Esquemas eléctricos en instalaciones fotovoltaicas Sistema eléctrico puesto a tierra – Sistema TT

Esquemas eléctricos en instalaciones fotovoltaicas Sistema eléctrico puesto a tierra – Sistema TT

Esquemas eléctricos en instalaciones fotovoltaicas Sistema eléctrico puesto a tierra – Sistema TT

Esquemas eléctricos en instalaciones fotovoltaicas Sistema eléctrico puesto a tierra – Sistema TT

Esquemas eléctricos en instalaciones fotovoltaicas Sistema eléctrico puesto a tierra – Sistema TT FALLO DE AISLAMIENTO

Esquemas eléctricos en instalaciones fotovoltaicas Sistema eléctrico puesto a tierra – Sistema TT

Esquemas eléctricos en instalaciones fotovoltaicas Sistema eléctrico puesto a tierra – Sistema TT FALLO DE AISLAMIENTO

Esquemas eléctricos en instalaciones fotovoltaicas Sistema eléctrico puesto a tierra – Sistema TT

■ Aplicación: Plantas PV Roof Top Medida de corriente AC/DC Inversor monostring

Esquemas eléctricos en instalaciones fotovoltaicas Sistema eléctrico puesto a tierra – Sistema TT

■ Aplicación: Plantas PV Roof Top Medida de corriente AC/DC Inversor multistring

Esquemas eléctricos en instalaciones fotovoltaicas Sistema eléctrico puesto a tierra – Sistema TT

■ Aplicación: Plantas PV Roof Top Medida de corriente AC/DC Múltiples inversores monostring

Medida de la Corriente Residual

Fallos Simétricos Sistema eléctrico puesto a tierra – Sistema TT FALLOFALLO DE AISLAMIENTO DE AISLAMIENTO SIMÉTRICO

Esquemas eléctricos en instalaciones fotovoltaicas Sistema eléctrico aislado de tierra – Sistema IT

Esquemas eléctricos en instalaciones fotovoltaicas Sistema eléctrico aislado de tierra – Sistema IT

Esquemas eléctricos en instalaciones fotovoltaicas Sistema eléctrico aislado de tierra – Sistema IT

Esquemas eléctricos en instalaciones fotovoltaicas Sistema eléctrico aislado de tierra – Sistema IT FALLO DE AISLAMIENTO

Esquemas eléctricos en instalaciones fotovoltaicas Sistema eléctrico aislado de tierra – Sistema IT FALLO DE AISLAMIENTO

Esquemas eléctricos en instalaciones fotovoltaicas Sistema eléctrico aislado de tierra – Sistema IT

■ Aplicación: Plantas PV Roof Top Plantas PV Medium Scale Plantas PV Utility Scale

Vigilancia de Aislamiento contra fallos AC/DC Inversor monostring

Esquemas eléctricos en instalaciones fotovoltaicas Sistema eléctrico aislado de tierra – Sistema IT

■ Aplicación: Plantas PV Roof Top Plantas PV Medium Scale Plantas PV Utility Scale

Vigilancia de Aislamiento contra fallos AC/DC Inversor multistring

Esquemas eléctricos en instalaciones fotovoltaicas Sistema eléctrico aislado de tierra – Sistema IT

■ Aplicación: Plantas PV Roof Top Plantas PV Medium Scale Plantas PV Utility Scale

Vigilancia de Aislamiento contra fallos AC/DC Sistemas Acoplados

Normativa Normativa

Normas sobre seguridad eléctrica en sistemas fotovoltaicos

▪ IEC / TC 82 Solar photovoltaic energy systems ▪ IEC / TC 64 Electrical installations and protection against electric shock

Normas sobre seguridad eléctrica en sistemas fotovoltaicos España

International - IEC Módulos PV

UNE-EN 61215-1:2017 Módulos fotovoltaicos (PV) para uso terrestre.

IEC 61215-1-1:2016 Crystalline silicon terrestrial photo-voltaic (PV) modules – Design qualification and approval.

UNE-EN 61646:2009 Módulos fotovoltaicos (FV) de lámina delgada para uso terrestre.

IEC 61646:2008-05 Thin-film terrestrial photo-voltaic (PV) modules – Design qualification and approval.

UNE-EN 61730-1:2007 Cualificación de la seguridad de los módulos fotovoltaicos (FV). Parte 1: Requisitos de construcción.

IEC 61730-1:2016 Photovoltaic-(PV) module safety qualification – Part 1: Requirements for construction.

Inversor UNE-EN 62109-1:2011 Seguridad de los convertidores de potencia utilizados en sistemas de potencia fotovoltaicos.

Parte 1: Requisitos generales.

IEC 62109-1:2010 Safety of power converters for use in photovoltaic power systems – Part 1: General requirements.

UNE-EN 62109-2:2013 Seguridad de los convertidores de potencia utilizados en sistemas de potencia fotovoltaicos.

Parte 2: Requisitos particulares para inversores.

IEC 62109-2:2011 Safety of power converters for use in photovoltaic power systems – Part 2: Particular requirements for inverters.

Punto de conexión a la red UNE-EN 61727:1996 Sistemas fotovoltaicos (FV). Características de la interfaz de conexión a la red.

IEC 61727:2004-12 Characteristics of the utility interface für photovoltaik (PV) systems.

Normas sobre seguridad eléctrica en sistemas fotovoltaicos España

International - IEC Instalación

UNE-HD 60364-4-41:2018 Instalaciones eléctricas de baja tensión. Parte 4-41: Protección para garantizar la seguridad.

Protección contra los choques eléctricos.

IEC 60364-4-41:2005/AMD1:2017 Low voltage electrical installations – Part 4-41: Protection for safety – Protection against electric shock

UNE-HD 60364-7-712:2017 Instalaciones eléctricas de baja tensión. Parte 7-712: Requisitos para instalaciones o emplazamientos especiales. Sistemas de alimentación solar fotovoltaica (FV).

IEC 60364-7-712:2017 Electrical installations of buildings – Part 7-712: Requirements for special installations or locations – Solar photovoltaic (PV) power supply systems IEC 82/592/CD IEC 62548 Ed. 1: Installation and safety requirements for photovoltaic (PV) generators IEC / TS 62257-5:2005-07 Recommendations for small renewable energy and hybrid systems for rural electrificationPart 5: Protection against electrical hazards IEC / TS 62257-7-1:2006-12 Recommendations for small renewable energy and hybrid systems for rural electrificationPart 7-1: Generators – Photovoltaic arrays 82/583/DTS IEC / TS 62257-7-1 Ed. 2: Recommendations for small renewable energy and hybrid systems for rural electrification- Part 7-1: Generators – Photovoltaic generators for rural electrification

Normas sobre seguridad eléctrica en sistemas fotovoltaicos

País

Norma Otras normas

USA

UL 1741: January 2010 Inverters, Converters, Controllers and Interconnection System Equipment for Use With Distributed Energy Resources

USA

NEC 2008 Article 690 Solar photovoltaic systems

France

UTE C15-712: xxxxxxxxx Installations electriques basse tension guide pratique – Installations photovoltaïques

Normas sobre seguridad eléctrica en sistemas fotovoltaicos Medidas de protección contra descargas eléctricas

IEC 60364-7-712.410.101 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.

Normas sobre seguridad eléctrica en sistemas fotovoltaicos Medidas de protección contra descargas eléctricas

IEC 60364-7-712.410.102 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).

Normas sobre seguridad eléctrica en sistemas fotovoltaicos IEC 60364-4-41:2018 “Protección contra los choques eléctricos” encontramos: 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.

Medidas complementarias en IEC 60364-7-712:2017 es 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).

Normas sobre seguridad eléctrica en sistemas fotovoltaicos

IEC 60364-7-712:2017 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.

Soluciones Soluciones

Dispositivos de vigilancia de aislamiento Sistemas IT sin protección galvánica

IEC 61557-8:2014

Dispositivos de vigilancia de aislamiento Sistemas IT con protección galvánica

Dispositivos de vigilancia de aislamiento Sistemas IT con tierra funcional

Dispositivos de localización de fallos ¿Dónde se encuentra el fallo de aislamiento?

▪ PSFV Amanecer Solar CAP ▪ Potencia instalada: 100 MW ▪ Nº Paneles: 310.000 uds.

▪ Copiapó, Chile

Dispositivos de localización de fallos ¿Dónde se encuentra el fallo de aislamiento?

▪ Cauchari Solar I, II y III ▪ Potencia instalada: 3 x 100 MW ▪ Nº Paneles: 900.000 uds.

▪ Jujuy, Argentina

Dispositivos de localización de fallas Vigilante de aislamiento con generación de pulsos

Dispositivos de localización de fallas Equipo portátil con generador de pulsos

Conclusiones Conclusiones

Resumen

■ Los IMD son obligatorios por la normativa para garantizar la seguridad eléctrica de la instalación.

■ Los IMD aumentan la rentabilidad de la instalación fotovoltaica.

■ El operador de la instalación es el responsable de garantizar el nivel de aislamiento bajo cualquier circunstancia.

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