¿Qué es una falla de arco de CC?
Una falla de arco es el flujo de energía eléctrica a través de un espacio de aire por medio de moléculas de gas ionizado. Si bien el aire normalmente se considera un medio no conductor, una alta diferencia de potencial (voltaje) entre dos conductores muy próximos puede hacer que las moléculas de aire se descompongan en sus constituyentes ionizados (llamado‘plasma’), que luego puede transportar una carga de un electrodo al otro.
La temperatura de un arco eléctrico depende de varios factores, como el nivel de flujo de corriente, pero en un sistema fotovoltaico típico, es fácilmente lo suficientemente caliente como para fundir vidrio, cobre y aluminio, y para iniciar la combustión de los materiales circundantes.
Las fallas de arco de CC ocurren en el cableado de CC de los sistemas solares fotovoltaicos.
Diagrama esquemático– Sistema solar de inversor de cadena con cableado de CC sin protección. El cableado, las uniones y el equipo eléctrico expuestos a fallas de arco de CC se muestran en rojo.
¿Es el arco un problema en los sistemas eléctricos de CA? NO
Los arcos eléctricos no se consideran un peligro común en los sistemas eléctricos de CA normales. Esto se debe en parte a que los estándares, prácticas y diseños de componentes de la industria eléctrica han evolucionado durante los últimos 100 años hasta un punto en el que las instalaciones modernas de CA son muy seguras.
La formación de arcos es un problema menor en los sistemas de CA porque los arcos de CA tienden a autoextinguirse cuando el voltaje se alterna, pasando a través de 0 voltios cien veces por segundo para los suministros de red estándar. Para que un arco sea autosuficiente, las condiciones para iniciar el arco deben estar presentes continuamente. DC permanece en un voltaje continuo y una vez que se ha establecido un arco, continuará mientras el voltaje DC sea
¿Ocurren fallas de arco de CC en todos los sistemas solares? NO
Las fallas de arco de CC solo ocurren en sistemas de inversores de cadena que tienen circuitos de voltaje de CC sin protección por encima de aproximadamente 80 voltios CC.
¿En qué parte del sistema solar se producen las fallas de arco de CC?
Las fallas pueden ocurrir en cualquier parte del cableado de CC que va desde los módulos solares en el techo hasta el inversor de cadena que generalmente se instala junto al cuadro de distribución principal. Hay aproximadamente 26 conexiones en el circuito de CC de un pequeño sistema solar doméstico (2kW) que son efectuadas en el sitio por el instalador solar y aproximadamente 50 conexiones en un sistema de 5kW. Todas estas conexiones realizadas por el instalador solar son un punto potencial de falla.
También hay conexiones adicionales dentro de los módulos solares, aisladores de CC y el inversor de cadena que son puntos potenciales de falla.
¿Cuáles son los tipos de fallas de arco de CC que ocurren en los sistemas solares que utilizan inversores de cadena?
Hay tres tipos comunes de fallas de arco de CC:
Serie– Un arco en serie ocurre cuando se interrumpe una conexión mientras la PV está produciendo corriente. Cualquier conexión intermitente en el circuito de CC tiene el potencial de producir una falla de arco de CC. Estas conexiones pueden incluir uniones soldadas dentro del módulo, conexiones de cables de tipo compresión, conectores utilizados en los cables conectados a los módulos fotovoltaicos, conexiones en aisladores de CC, conexiones en el inversor, cualquier circuito de CC en el inversor o cualquiera de los cables de CC en el circuito de cuerdas.
Paralelo– Los arcos paralelos ocurren cuando hay una falla en el sistema de aislamiento y la corriente fluye entre positivo y negativo. Dos conductores de polaridad opuesta en el mismo circuito de CC a menudo se colocan muy cerca uno del otro. El aislamiento entre los dos cables puede volverse ineficaz debido a que los animales los muerden, la rotura de los rayos UV, la fragilidad, las grietas, la entrada de humedad y los daños mecánicos. Las fallas de arco paralelo pueden continuar a lo largo de los conductores hacia la matriz que quema materiales a lo largo del camino.
Al suelo– Esta falla solo requiere la falla de un sistema de aislamiento a tierra. Este puede ser el marco del módulo solar, las estanterías de los paneles solares, el techo o cualquier otra superficie conectada a tierra.
A menudo, una falla puede comenzar como un tipo de falla (por ejemplo, falla en serie) pero convertirse en un tipo diferente de falla (por ejemplo, falla en paralelo).
¿Qué puede desencadenar una falla de arco de CC?
Ruptura de la continuidad del conductor debido a:
·Juntas flojas debido a una mala instalación
·Juntas flojas debido a conexiones de mala calidad
·Corrosión de las juntas con el paso del tiempo.
Avería del sistema de aislamiento:
·Degradación del aislamiento con el tiempo debido a la exposición a los rayos UV
·El aislamiento se agrieta con el tiempo debido a cambios de temperatura (calor– frío)
·Degradación del aislamiento por envejecimiento
·Daño al aislamiento por roedores, insectos, pájaros
·Daño al aislamiento durante la instalación
·Daños al aislamiento por futuras obras de construcción
·Entrada de agua a cables, conductos.
·Entrada de agua a los aisladores de CC debido a una mala instalación
·Entrada de agua a los aisladores de CC debido a la degradación de los sellos con el tiempo
·Entrada de agua al inversor
·Entrada de agua al módulo solar o caja de conexiones
¿Son las fallas de arco de CC algo de qué preocuparse?SI
Las fallas de arco de CC se han identificado como la causa principal de más de 400 incendios de edificios domésticos y comerciales en Australia.– incendios de edificios que ponen en riesgo la seguridad de los ocupantes y causan daños a la propiedad. Las fallas de arco de CC también causan daños importantes a los equipos solares.
Los componentes de cableado de CC de la más alta calidad se pueden seleccionar e instalar con el mayor cuidado. Sin embargo, el aislamiento del cable y la degradación del conductor se producirán con el tiempo, lo que puede provocar una falla de arco de CC.
Si ve o escucha una falla de arco de CC, ¿puede apagar el inversor detener el arco?NO
Las fallas de arco de CC ocurren en el cableado de CC debajo del panel solar, en cualquier lugar a lo largo del cableado de CC desde el panel solar en el techo hasta el inversor de cadena e incluso dentro del inversor de cadena. La desconexión del inversor no desconecta el cableado de CC. El cableado de CC desde la matriz solar hasta el inversor está activo siempre que el sol brilla y no hay ningún método para aislar este cableado. Por lo tanto, apagar el inversor no apagará una falla de arco de CC. Dependiendo de la ubicación de la falla, operar el aislador de CC del techo puede aislar la falla y extinguir el arco; sin embargo, esto requerirá acceder al techo y ubicar el aislador de CC apropiado. La interrupción de una falla de arco de CC con un aislador no está exenta de peligros y solo se consideraría como último recurso.
¿Los inversores de cadena con protección de falla de arco incorporada brindan protección para todo tipo de fallas de arco de CC?NO
Hay algunos inversores de cadena disponibles ahora con detección de falla de arco incorporada. Sin embargo, estos NO detectan ni aíslan todos los tipos de fallas de arco de CC enumeradas anteriormente.
Los inversores con detección de arco incorporada identifican una falla de arco de CC utilizando ruido en el cableado de CC producido por el arco. Una vez que se detecta un arco, el circuito de CC en el inversor se aislará. Esto extinguirá un‘serie’ arco pero NO extinguirá un‘paralelo’ o‘suelo’ arco de falla. El cableado de CC debajo de la matriz solar y hasta el inversor permanecerá activo cuando el circuito de CC esté aislado en el inversor. Una falla en paralelo o a tierra continuará formando arco en los sistemas solares que utilizan inversores de cadena con protección de falla de arco de CC.
¿Las fallas de arco de CC solo ocurren en aisladores de CC?NO
Existe la creencia común entre algunos instaladores solares de que las fallas de arco de CC solo ocurren en los aisladores de CC. Esto no es correcto. Las fallas de arco de CC ocurren siempre que haya uniones en los cables de CC, una interrupción de la continuidad del cable o una falla del aislamiento. Esto ocurre en los módulos solares, los conectores de CC, el cableado de CC, las juntas en los aisladores de CC o dentro del inversor.
¿Es la eliminación de los aisladores de CC de la azotea una opción para reducir las fallas de arco de CC?NO
No instalar aisladores de CC en la azotea ciertamente eliminará la posibilidad de que fallen en el futuro. Sin embargo, la teoría eléctrica básica dicta que es necesario poder aislar un generador de electricidad lo más cerca posible de la fuente. Por ejemplo, si ocurre una falla en el cableado de CC en la cavidad del techo o en cualquier lugar entre los módulos solares y el inversor de cadena, el sistema debe estar provisto de una forma de cortar el suministro para aislar la falla. Si una persona tuvo la mala suerte de entrar en contacto con el cableado de CC, el procedimiento estándar de rescate seguro es aislar el suministro antes de intentar un rescate.
Entonces, aunque quitar el aislador de CC de la azotea puede parecer una forma fácil de evitar que fallen, no es práctico dejar el sistema sin medios para aislar el panel solar en caso de una falla o accidente.
¿La eliminación de los aisladores de CC evitará las fallas de arco de CC?NO
Las fallas de arco de CC ocurren siempre que haya uniones en los cables de CC, una falla en la continuidad del cable o una falla en el aislamiento del cable. Si se reemplazó un aislador de CC con una caja de conexiones o una caja de distribución del conector de CC, las fallas continuarán ocurriendo en este punto, así como en otros puntos del circuito de CC.
El enfoque más eficaz para prevenir fallas de arco de CC es eliminar la presencia de voltajes de CC peligrosos utilizando microinversores o el uso de algunos sistemas optimizados de CC con CC segura.
¿La probabilidad de fallas de arco de CC aumenta a medida que envejecen los sistemas solares con inversores de cadena?SI
La probabilidad de una falla de arco de CC aumenta a medida que envejecen los sistemas solares. Esto se debe a que las uniones en el cableado de CC se corroen con el tiempo, lo que aumenta la impedancia, provocando calor y la ruptura de la continuidad de la unión, lo que da como resultado una falla de arco de CC. Además, los sellos de los aisladores, conductos, etc. se degradan con el tiempo, lo que permite un aumento de agua, lo que puede provocar una falla de arco de CC.
Los roedores, insectos, pájaros pueden dañar el aislamiento, los trabajos futuros pueden dañar el aislamiento o el aislamiento puede simplemente degradarse con el tiempo.
¿Es cierto que siempre que se instale un sistema solar de CC de acuerdo con las normas australianas (AS5033) y se utilicen equipos y prácticas de instalación de buena calidad, entonces el sistema se‘seguro’?NO
Ha habido numerosos casos de incendios que han comenzado debido a equipos que se consideraron‘alta calidad’ en el momento en que se instaló, solo para haber sido retirado del mercado por el fabricante años después debido a defectos de fabricación o diseño. A menudo, estos defectos no aparecen hasta que el sistema ha estado funcionando durante varios años.
La instalación de sistemas solares en techos es una tarea difícil y, a veces, peligrosa, particularmente en condiciones a menudo calurosas e incómodas. Estas condiciones no conducen a una mano de obra perfecta, y solo se necesita un lapso momentáneo de concentración para no apretar una caja de conexiones o un aislador de CC al par correcto– que eventualmente fallará debido a la entrada de agua. La experiencia práctica es que incluso el mejor comerciante puede cometer errores ocasionalmente y con los sistemas de CC estos errores pueden tener consecuencias catastróficas.
Los estándares australianos (particularmente AS5033) hacen todo lo posible para tratar de eliminar todas las causas probables de fallas de arco de CC dentro de un sistema solar. Existen rigurosos regímenes de inspección (mucho más que cualquier instalación eléctrica regular) y todavía hay numerosos ejemplos de fallas catastróficas de arco de CC que ocurren en los sistemas solares de CC todos los días en Australia. Esto por sí solo debería responder a la pregunta de si seguir las normas australianas existentes es suficiente para eliminar las fallas de arco de CC.
La única forma de eliminar el riesgo de fallas de arco de CC es eliminar el voltaje de CC peligroso en sí mismo del sistema o usar una tecnología diseñada específicamente para reducir el voltaje del sistema a niveles seguros en caso de una falla.
¿Puede el mantenimiento regular evitar fallas de arco de CC en sistemas solares con inversores de cadena y cableado de CC sin protección?NO
Existe la creencia generalizada de que si un sistema solar de CC con cableado de CC de media tensión sin protección se instala de acuerdo con las normas australianas AS5033 y se mantiene con regularidad, es perfectamente seguro. Esto no es verdad. Un instalador solar puede mantener regularmente un sistema solar. Sin embargo, incluso esa noche después de la inspección o cualquier noche después de la inspección, un roedor, zarigüeya, etc. pueden atravesar el aislamiento del cableado de CC. Cuando sale el sol, los paneles solares comienzan a producir energía, los conductores desnudos se activan y provocan una falla de arco de CC e incendio del edificio. Es prácticamente imposible para un instalador solar verificar que todos los sellos sean impermeables evitando la entrada de agua y también verificar que todas las uniones de los cables no estén corroídas y sujetas a alta impedancia.
Simplemente no existe un programa de mantenimiento que pueda evitar una falla de arco de CC en sistemas solares con inversores de cadena y cableado de CC sin protección.
¿Esto solo ocurre en Australia?NO
Estados Unidos está liderando a Australia a la hora de abordar este problema. En 2014, introdujeron a través del Código Eléctrico Nacional (NEC), requisitos de apagado rápido en paneles solares. Esto desenergiza el cable de CC desde el techo hasta el inversor cuando el sistema está apagado. Si bien esto ha ayudado, han continuado los incidentes de fallas de arco de CC con el panel solar. por lo que ahora planean introducir medidas de acuerdo con NEC2017 sobre el apagado rápido a nivel del panel solar para limitar el voltaje máximo de CC dentro de los arreglos a 80 V CC o menos cuando el sistema está apagado. El apagado rápido a nivel del panel solar proporcionará una mayor seguridad para los servicios de emergencia y cualquier persona que pueda entrar en contacto con el sistema solar.
El Reino Unido ha reconocido el problema y ha emprendido una investigación detallada sobre los incendios solares causados por fallas de arco de CC.
(Referencia de https://www.acsolarwarehouse.com/)
