Dimensionado de un SFCR (II)Cableado, seguridad

y protecciones

2

Módulos→Cadenas (strings)→C.Conexión DC→Interruptor DC→Inversor→Magnetotérmico→Diferencial→Medida→Interruptor frontera

ESQUEMA DE UN SFCRCABLEADO, SEGURIDAD Y PROTECCIONES

3

Tramo cadenas módulos – CC DC Tramo CC DC-Inversor

CABLEADO

Tramo AC

Tramo DC

4

CARACTERÍSTICAS EXIGIBLES AL CABLEADO DC

• Cables diseñados para largaduración (>25 años) y severascondiciones.

• Tensión asignada de 1,8kV.

• Adecuados para equipos deaislamiento clase II.

• Resistentes a temperaturasextremas (-40ºC-90ºC).

• Resistentes a la intemperie: ozono, rayos UV, absorción de agua.

• Cables de alta seguridad (AS): Libres de halógenos, no propagación de llama y fuego,baja emisión de humos y gases corrosivos.

(en España, norma AENOR EA 0038)

5

Los cables de alterna –conexión a la red de distribución- pueden ser unipolares o bien trifásicos al descubierto, o más frecuentemente, enterrados con aislamiento de polietileno reticulado (tipo de aislamiento XLPE) y cubierta de poliolefina libre de halógenos (RZ1-K(AS)) de tensión de trabajo 0,6/1 kV , con cuatro conductores: uno para cada fase más el neutro (Documento de armonización HD 384.5.523 S2 de 2001, que adapta la norma IEC 60364-5-523:1999).

CARACTERÍSTICAS DEL CABLEADO AC

6

Dos criterios a respetar, imponiéndose por tanto el más restrictivo de ellos:

a) La máxima intensidad admisible por el cable.b) La máxima caída de tensión (c.d.t.) permisible en el cable.

En los SFCR se ha generalizado el empleo de una sección mínima de 4 mm2, con independencia de los resultados obtenidos al aplicar los criterios a) y b). Secciones normalizadas menores -1,5 y 2,5 mm2- son propensas a la ruptura. Muchos fabricantes de módulos fotovoltaicos suelen librar sus productos con cables acabados en terminales bien aislados (llamados popularmente “MulticontactTM”) y cables de 4 mm2 .

DIMENSIONADO DE LA SECCIÓN DE LOS CONDUCTORES (1/2)

Terminales MulticontactTM modelos MC3 y MC4

a) Criterio de máxima intensidad admisible por el cable

De acuerdo con el estándar IEC 60364-7-712, a su temperatura de trabajo, el cable de cada rama debe soportar 1,25 veces la intensidad de cortocircuito en CEM del módulo. Idéntica consideración cabe tener en cuenta con el cable principal en continua respecto de la intensidad de cortocircuito en CEM de todo el generador fotovoltaico, en este caso. Al cable de alterna se le aplica el mismo criterio, respecto de la intensidad nominal de salida del inversor.

b) Criterio de la máxima c.d.t. permisible en el cable

La sección de los conductores del cable debe asegurar que:•La caída de tensión en CEM en el tramo DC no supera el 1,5% (PCT deInstalaciones Conectadas a Red del IDEA, en España: consultar normanacional).•La caída en la parte AC no ha de exceder el 1,5% de la tensión de salidanominal del inversor (Reglamento de baja tensión español: consultarnorma nacional ).

7

DIMENSIONADO DE LA SECCIÓN DE LOS CONDUCTORES (2/2)

8

Sección (mm2) Intensidad admisible (A)

1,5 21

2,5 29

4 38

6 49

10 68

16 91

25 116

35 144

50 175

70 224

95 271

120 314

Máxima intensidad admisible de cables unipolares separados un mínimo de distancia igual a su diámetro .

Conductor: Cu. Temperatura del aire: 40ºC. (Fuente: Documento de armonización HD 384.5.523 S2

de 2001, que adapta la norma IEC 60364-5-523:1999)Se deben consultar factores de corrección por temperatura e instalación en el referido documento.

Máxima intensidad admisible de cables tripolares enterrados.

Conductor: Cu.Temperatura del terreno: 25ºC. Profundidad de los cables: 0,70 m.

MÁXIMA INTENSIDAD ADMISIBLE POR EL CABLE

9

MÁXIMA C.D.T. ADMISIBLE EN EL CABLE (1/2)

Sección mínima (Sm,rama en mm2) del conductor en función de la caída de tensión (ΔVrama

en tanto por uno) en DC para una cadena (rama) de módulos de longitud simple de cableLrama (m):

σ = Conductividad Cu 56 m·Ω-1·mm-2.Nms·VMOD,M,STC = Tensión en el punto de máxima potencia en CEM del GFV.VMOD,M,STC (V) = Tensión del punto de máxima potencia del módulo fotovoltaico para CEM.IMOD,M,STC (A) = Corriente del punto de máxima potencia del módulo fotovoltaico para CEM.

Sección mínima (Sm,princ en mm2) de cable principal DC con longitud simple Lprinc (m), laen función de la caída de tensión (ΔVprinc, en tanto por uno):

(1)

(2)

10

Sección mínima del conductor (Sm,AC, en mm2) para tramo AC, en función de la tensión nominal a la salida del inversor (VINV,AC) y la caída de tensión (ΔVAC, en tanto por uno):

LAC (m) = Longitud simple de cable AC.IINV,AC (A) = Intensidad nominal a la salida del inversor.

MÁXIMA C.D.T. ADMISIBLE EN EL CABLE (2/2)

Ejemplo: Dimensione el cableado de un SFCR con arreglo a las características siguientes:

Configuración de inversor central: IngeconTM Sun 20 (trifásico).GFV: Módulos de silicio monocristalino IsofotónTM IS-200/32. Nms = 13.Nmp = 9.Lrama = 40 m; Lprinc = 10 m; LAC = 8m.

(3)

(4)

11

EJEMPLO DE DIMENSIONADO (1/4)

Tramo cadenas (ramas) de módulos-caja de continua

•Criterio de máxima intensidad admisible por el cableEl cable de cada rama debe soportar 1,25 veces la intensidad de cortocircuito en CEM del módulo. En este caso: 1,25 · IMOD,SC,STC = 1,25 · 4,7 = 5,9 A. De acuerdo con Tabla vista anteriormente, el cable con sección 1,5 mm2 admite 21 A.

•Criterio de la máxima caída de tensión permisible en el cableSe supondrá que en este tramo cae un 1% de la tensión en el punto de máxima potencia en CEM del generador fotovoltaico.

(Ec. 1)

Teniendo en cuenta los dos criterios, se utilizaría cable de sección 1,5 mm2. No obstante, se empleará cable de 4 mm2 de sección (ver diapositiva 6).

2

,,

,,

, mm0,156·1,46·13·01,0

35,4·40·2

···

··2

STCMMODmsrama

STCMMODrama

ramamVNV

ILS

12

Tramo caja de continua – inversor

•Criterio de máxima intensidad admisible por el cableEl cable principal DC debe soportar 1,25 veces la intensidad de cortocircuito en CEM del generador fotovoltaico. En este caso: 1,25· Nmp · IMOD,SC,STC = 1,25 · 9· 4,7 = 52,8 A. De acuerdo con Tabla vista anteriormente, el cable con sección 10 mm2 admite 68 A

•Criterio de la máxima caída de tensión permisible en el cableSe supondrá que en este tramo cae un 0,5% de la tensión en el punto de máxima potencia en CEM del generador fotovoltaico.

(Ec. 2)

Teniendo en cuenta los dos criterios, se utilizaría cable de sección 10 mm2.

2

,,

,,

, mm7,456·1,46·13·005,0

35,4·9·10·2

···

···2

STCMMODmsprinc

STCMMODmpprinc

princmVNV

INLS

EJEMPLO DE DIMENSIONADO (2/4)

13

Tramo AC

•Criterio de máxima intensidad admisible por el cableEl cable AC debe soportar 1,25 veces la intensidad nominal a la salida del inversor. Dicha intensidad nominal del inversor se deduce de la potencia y tensión AC nominales del inversor (recuérdese que es trifásico, con cos ≈1, y tensión de línea igual a 400 V y 50 Hz):

En este caso: 1,25 · IINV,AC = 1,25 · 28,9 = 36,1 A. De acuerdo con la Tabla vista anteriormente, el cable con sección 6 mm2 admite 0,78·66 A =51,5 A (la corrección por 0,78 se debe a que este cable se halla enterrado y se considera una temperatura del terreno igual a 50ºC)

EJEMPLO DE DIMENSIONADO (3/4)

AI ACINV 9,28400·3

20000,

14

•Criterio de la máxima caída de tensión permisible en el cableEl inversor es trifásico con cos ≈1

(Ec. 4)

Teniendo en cuenta los dos criterios, se utilizará cable tripolarenterrado de sección 6 mm2.

2

,

,

, mm19,156·400·015,0

9,28·8·3

··

·cos··3

ACINVAC

ACINVAC

ACmVV

ILS

EJEMPLO DE DIMENSIONADO (4/4)

15

PROTECCIÓN DE EQUIPOS

PARTE DC

PROTECCIÓN FRENTE A SOBRETENSIONES

ExternaPararrayos (opcional)

Interna-Conexión equipotencialSe basa en unir la estructura metálica, elementos metálicos de dispositivos, elementos conductores externos, circuitos eléctricos y de comunicación (a través de limitadores de sobretensión) a una barra de conexión equipotencial y ésta a tierra.-Instalación de descargadores de tensiónSon elementos encargados de limitar, mediante descargas a tierra,los valores de sobretensión a niveles soportados por los elementosde la instalación.

PROTECCIÓN FRENTE A SOBREINTENSIDADES- Fusibles e interruptores magnetotérmicos (no tratados aquí).

16

PROTECCIÓN DE EQUIPOSFRENTE A SOBRETENSIONES Y SOBREINTENSIDADES

FusiblesConexión equipotencial

Descargadores de sobretensión

17

Fusib

les

Cables de cadenas de módulos (+)

Descargadores de sobretensiones

Interruptor

principal DC

Cable principal DC

Cab

le de

pu

estaa

tierra

Cables de cadenas de módulos (-)

DETALLE DE UNA CAJA DE CONEXIÓN DC

18

-Tipo 2 (Clase C): media capacidad de descarga, menores tensiones residuales‐ Tensión nominal del descargador: 1,1·VGFV,OC ,STC = 1,1·Nms· VMOD,OC ,STC

‐Corriente nominal de descarga :a) >= 10 kA en instalaciones sin protección externa.b) >= 20 kA en instalaciones con protección externa.

DESCARGADORES DE SOBRETENSIÓN RED DC

19

FUSIBLES

-Se ubican dentro de la caja de conexión DC.-Tipo gPV (norma UNE-EN 60269-6), o gR capaces de soportar 1,1·VGFV,OC ,STC =1,1·Nms· VMOD,OC ,STC .

-Insertados en serie con cada cadena de módulos FV, en ambos polos.-Protección frente a sobrecorrientes (provocadas por faltas eléctricas, p. ej.).-Intensidad asignada al fusible, o intensidad nominal (In, en A):

In se halla normalizada según el estándar EN 60269 (6, 10, 12, 16, 20, 40, 50A, etc.).

STCSCMODnSTCSCMOD III ,,,, ·2·5,1 (5)

20

INTERRUPTOR PRINCIPAL DC

-Se suelen ubicar dentro de la caja de conexión DC.-Capaces de soportar 1,1·VGFV,OC ,STC = 1,1·Nms· VMOD,OC ,STC .

-Capaces de soportar 1,25·IGFV,SC ,STC = 1,25·Nmp· IMOD,SC ,STC .

-Si su tensión de trabajo es mayor que 800 V tetrapolares.

21

INTERCONEXIÓN CON LA RED ELÉCTRICA (1/2)

22

INTERCONEXIÓN CON LA RED ELÉCTRICA (2/2)

23

PROTECCIÓN DE PERSONASEsquemas de conexión a tierra de un SFCR

La configuración flotante es intrínsecamente más segura frente a contactos directos e indirectos

24

. . . . . . …

. . .

. . .

……

Part

es m

etál

icas

de

la e

stru

ctu

ra

sop

ort

e

Generador fotovoltaico

+

-Ihb = 0

Configuración flotante

CONFIGURACIÓN FLOTANTE Y CONTACTO DIRECTO

25

CONFIGURACIÓN CON GFV PUESTO A TIERRA Y CONTACTO DIRECTO

. . . . . . …

. . .

. . .

……

Part

es m

etál

icas

de

la e

stru

ctu

ra

sop

ort

e

Generador fotovoltaico

+

-

Ihb <> 0

Configuración puesta a tierra

26

MEDIDAS DE PROTECCIÓN FRENTE A CONTACTOS DIRECTOS (RED DC)

27

MEDIDAS DE PROTECCIÓN FRENTE A CONTACTOS INDIRECTOS (RED DC)