Un sistema fotovoltaico necesita dispositivos de protección contra sobretensiones transitorias (DPS) en el lado de corriente continua, a la entrada del inversor y, según la distancia, en el campo, y en el lado de corriente alterna. Los de continua se rigen por la IEC 61643-31 y se aplican según la IEC 61643-32. El RETIE 2024 exige coordinarlos, instalarlos con conductores cortos y evaluar el riesgo por descargas atmosféricas de las instalaciones en cubierta o en campo abierto.
Por qué un sistema solar necesita DPS
Un campo fotovoltaico ocupa mucha superficie, a la intemperie y normalmente en el punto más alto del entorno. Una descarga atmosférica, directa o cercana, induce sobretensiones en los conductores que recorren el campo y las lleva hasta el inversor, cuya electrónica de potencia es sensible. Las maniobras de la red de alterna también generan sobretensiones transitorias que llegan por el lado de alterna.
Un dispositivo de protección contra sobretensiones transitorias (DPS) conecta de modo permanente a tierra la sobretensión cuando esta supera su nivel de protección, y vuelve a un estado de alta impedancia al pasar el transitorio. Protege al equipo que está aguas abajo, no a las personas ni a la estructura ante un impacto directo.
Dos lados, dos normas
Lado de corriente continua. Los DPS que se conectan al lado de continua de instalaciones fotovoltaicas se rigen por la IEC 61643-31:2018, que cubre dispositivos para circuitos de hasta 1500 V en continua. Su alcance no incluye los sistemas con almacenamiento por baterías ni los DPS de dos puertos con impedancia en serie. La IEC 61643-32 da los principios de selección y aplicación de esos DPS. El RETIE 2024 (artículo 2.3.12) incluye la IEC 61643-31 entre las normas de las que adapta los ensayos de producto de los DPS. El conjunto de normas IEC del sistema está en normas IEC para sistemas fotovoltaicos.
Lado de corriente alterna. Se usan DPS de baja tensión de la IEC 61643-11, instalados en el tablero de salida del inversor. Para la coordinación, el RETIE remite a la IEC 61643-12 en alterna y a la IEC 61643-32 en continua (artículo 3.17.14).
Aguas abajo, en el lado de media tensión de la planta, la protección contra sobretensiones la hacen descargadores (pararrayos de óxido metálico) en los transformadores y en la subestación; la guía de descargadores de sobretensiones los explica.
Tipos y datos que se leen
Los DPS fotovoltaicos se clasifican como tipo 1, tipo 2 o combinados, según la forma de onda de corriente con que se ensayan: el tipo 1 resiste corrientes de impulso de descarga directa y se instala donde hay protección externa contra rayos; el tipo 2 resiste las sobretensiones inducidas y de maniobra. Dos datos de la hoja del aparato son los que más pesan:
- Ucpv: tensión máxima de operación continua del DPS en el circuito fotovoltaico. Debe ser igual o superior a la tensión máxima del sistema, es decir, el Voc de los strings corregido a la temperatura mínima del sitio.
- Nivel de protección (Up): la tensión residual que deja pasar. Debe ser menor que la tensión de impulso que resiste el equipo protegido.
Además, el DPS declara la corriente de descarga que soporta, su desconexión térmica y la protección de respaldo que requiere. Esa protección la define el fabricante; para el lado de continua, vea fusibles gPV y seccionadores DC.
Dónde se instalan
- 01Campo fotovoltaicoLa descarga induce una sobretensión en los conductores de los strings
- 02DPS de continua en la caja o en el campoLimita la sobretensión a tierra cuando el recorrido hasta el inversor es largo
- 03DPS de continua a la entrada del inversorProtege las entradas MPPT del inversor
- 04InversorConvierte a alterna con sus protecciones internas
- 05DPS de alterna en el tableroLimita sobretensiones de maniobra y de la red
La regla general es proteger cada equipo sensible en su entrada y poner el DPS lo más cerca posible. Si la distancia entre el campo y el inversor es grande, el transitorio puede sumar tensión en el recorrido, y por eso se instala DPS en ambos extremos. En el campo, el DPS de continua suele ir dentro de la caja combinadora de strings. La distancia que lo exige y la clase del DPS salen de la evaluación de riesgo, no de una regla fija.
El RETIE 2024 (artículo 3.17.14) añade criterios que aplican a las dos caras:
- La distancia entre los bornes del DPS y los del equipo debe ser lo más corta posible, para que la inductancia sea mínima; en baja tensión, la distancia hasta la conexión no debería pasar de 50 cm.
- Si se instalan varias etapas, se aplica una metodología de zonificación y se coordinan por energía y no solo por corriente.
- No se instalan en redes de potencia DPS construidos solo con tecnología de conmutación de tensión, salvo que la coordinación con limitadores demuestre un funcionamiento efectivo.
- La capacidad de cortocircuito del DPS debe coordinarse con la capacidad de falla del nodo donde se instala; si no es posible, se justifica y se pone una protección de sobrecorriente en serie.
- Los conductores de conexión del DPS no pueden ser menores a 14 AWG en cobre en baja tensión.
La evaluación de riesgo y el apantallamiento
El artículo 3.17.23 del RETIE exige que las instalaciones fotovoltaicas en cubierta, en tejado o en campo abierto se sometan a una evaluación del nivel de riesgo por descargas atmosféricas, según el Título 13 del Libro 3 y los criterios de la norma IEC TR 63227. La IEC 62305 define el método general: la densidad de descargas a tierra del sitio, el tamaño de la estructura y sus consecuencias fijan si se necesita protección externa, de qué nivel, y qué DPS lo acompañan. El apantallamiento se trata en la guía de apantallamiento contra descargas atmosféricas, y el efecto de las sobretensiones en los equipos de la planta en la de sobretensiones transitorias en la planta.
Los DPS descargan a tierra: su efectividad depende de una conexión equipotencial corta y de una puesta a tierra adecuada del campo, de las estructuras y del inversor. El RETIE pide poner a tierra todas las partes metálicas expuestas, incluidos los marcos de los módulos y las estructuras, a un punto común equipotencial (artículo 3.17.21).
Errores frecuentes
- DPS de alterna en continua, o con Ucpv menor que la tensión máxima del string.
- Cables de conexión largos o en lazo, que anulan el nivel de protección. El tendido de los cables de string se trata en cable solar y conectores MC4.
- DPS sin coordinar con el inversor, sin protección de respaldo o con una capacidad que no corresponde al nodo.
- Revisión nula tras una tormenta: muchos DPS tienen indicador de estado o contacto remoto, y un DPS agotado deja la instalación desprotegida sin que se note.
Qué hacemos en Tiza Group
La especificación de los DPS del campo en continua corresponde al diseñador del campo. Nuestro equipo de ingeniería primaria diseña a distancia el apantallamiento, la puesta a tierra y la coordinación de aislamiento de la parte de media y alta tensión, y en obra hacemos la puesta en servicio de las plantas solares, con las protecciones de conexión y las pruebas que pide el operador de red.
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Referencias
- IEC 61643-31:2018, Low-voltage surge protective devices, Part 31: Requirements and test methods for SPDs for photovoltaic installations.
- IEC 61643-32:2017, Surge protective devices connected to the d.c. side of photovoltaic installations: Selection and application principles.
- IEC 61643-11 e IEC 61643-12, DPS de baja tensión de alterna y principios de selección y aplicación.
- IEC 62305, Protection against lightning, e IEC TR 63227, evaluación del riesgo por rayos en sistemas fotovoltaicos.
- Ministerio de Minas y Energía de Colombia, Resolución 40117 de 2024 (RETIE), artículos 2.3.12, 3.17.14, 3.17.21 y 3.17.23.
Preguntas frecuentes
¿Sirve un DPS de alterna en el lado de corriente continua?
No. La tensión continua de un string no se interrumpe sola como la alterna y un DPS de alterna no está ensayado para ella. En el lado de continua se usan DPS fotovoltaicos de la IEC 61643-31, con una tensión máxima de operación continua en continua (Ucpv) igual o superior a la tensión máxima del sistema.
¿Cuántos DPS lleva una instalación solar?
Depende de la distancia entre el campo y el inversor, del riesgo de descargas del sitio y de si hay protección externa contra rayos. En general se protege el lado de continua en el inversor y, si el recorrido es largo, también en el campo o en la caja de conexión, y el lado de alterna en el tablero de salida del inversor. La evaluación de riesgo define cuántos y de qué clase.
¿El DPS reemplaza al pararrayos o al apantallamiento?
No. El apantallamiento y la protección externa conducen a tierra la descarga directa; el DPS limita las sobretensiones que llegan por los conductores. Son medidas de un mismo sistema y se coordinan entre sí, según la norma IEC 62305 y el análisis de riesgo del sitio.