¿Cuál es la diferencia entre los dispositivos de protección contra sobretensiones de CC (SPD) de tipo 1 y de tipo 2, y cómo puedo elegir el adecuado para mi sistema fotovoltaico?

Se trata de una distinción fundamental, ya que el uso de un tipo incorrecto puede provocar riesgos para la seguridad o una protección inadecuada. SPD de Tipo 1 (Clase I): Diseñado para descargar corrientes transitorias de alta energía, normalmente procedentes de descargas directas de rayos. Se caracteriza por la forma de onda de 10/350 µs. Son obligatorios en sistemas con protección externa contra rayos (por ejemplo, un pararrayos en el mismo edificio) o en grandes parques solares. Se instalan en el punto de distribución principal. SPD de tipo 2 (Clase II): Diseñado para manejar sobretensiones inducidas de menor energía (transitorios de conmutación y descargas indirectas de rayo), caracterizadas por la forma de onda 8/20 µs. Estos son los SPD más comunes utilizados en las cajas combinadoras fotovoltaicas comerciales y residenciales y en la entrada de CC del inversor. Cómo elegirlos: Si su campo fotovoltaico se encuentra en un campo abierto con un pararrayos, necesita un SPD de tipo 1 en el combinador del campo principal. Si está instalando un sistema estándar sobre tejado sin pararrayos externo, suele bastar con un SPD de tipo 2. Compruebe siempre el código eléctrico local (NEC 690.41 en EE.UU.) para conocer los requisitos obligatorios.

Si mi tensión de CC es de 1000 V, pero la hoja de datos del SPD indica que la "Tensión máxima de funcionamiento continuo (Ucpv) es de 1100 V", ¿es adecuado ese SPD para mi sistema?

Sí, es probable que ese SPD sea adecuado y, de hecho, el margen de tensión es una buena práctica. Esto está relacionado con el concepto de "sobretensiones temporales" (TOV) . Principio: La tensión máxima de funcionamiento continuo (Ucpv o Uc) es la tensión que el SPD puede soportar de forma continua sin degradarse. En los sistemas fotovoltaicos, la tensión no es perfectamente estable. Fluctúa con la temperatura y la irradiancia. El margen de seguridad: Debe seleccionar un SPD cuyo valor Uc sea al menos 1,2 veces la tensión de circuito abierto del sistema (Voc stc). Por ejemplo, para un sistema de 1000 V CC, la Uc recomendada suele ser de unos 1100 V CC o superior. ¿Por qué este margen adicional? Si elige un SPD con una Uc que coincida exactamente con los 1000V de su sistema, un aumento de la tensión en frío (que aumenta la tensión del panel) podría hacer que la tensión del sistema superara el umbral de la Uc, provocando que el SPD funcionara (cortocircuito) innecesariamente o fallara prematuramente. Una Uc más alta asegura que el SPD "pase" por estas fluctuaciones normales de tensión y sólo se active durante un evento real de sobretensión.

Guía técnica del dispositivo de protección contra sobretensiones de CC

Un dispositivo de protección contra sobretensiones (SPD) de CC limita las sobretensiones transitorias y desvía la corriente de sobretensión lejos del equipo. Para sistemas fotovoltaicos solares, las preguntas clave son dónde se instala el dispositivo, si está clasificado para la tensión de circuito abierto fotovoltaico máxima a la temperatura mínima esperada y cómo se coordina con el inversor y otros dispositivos de protección. Esta guía se centra en el lado de CC fotovoltaico; los sistemas de CC de baterías, vehículos eléctricos y telecomunicaciones requieren verificaciones de aplicación por separado.

¿Qué hace un SPD de CC?

Una sobretensión puede ser inducida por rayos cercanos o maniobras de conmutación. Un SPD conectado a través de los conductores relevantes permanece no conductor bajo tensión normal y conduce durante un transitorio, limitando la tensión que recibe el equipo. Es una parte de un sistema de protección: la equipotencialidad, la puesta a tierra, el tendido de cables y la protección contra sobrecorriente adecuadamente dimensionada siguen siendo importantes. Un SPD no puede garantizar la supervivencia ante un impacto directo ni reemplazar un fusible o un interruptor automático.

DC surge protective device selection for photovoltaic systems

Clasificaciones clave a verificar en la hoja de datos

U_CPV / U_c: tensión máxima de funcionamiento continuo. En un arreglo fotovoltaico, compárela con la tensión de circuito abierto máxima calculada de la cadena, incluyendo el aumento por temperatura fría. No seleccione basándose únicamente en la tensión de funcionamiento nominal.
U_p: nivel de protección de tensión en la condición de prueba establecida. Compárelo con la resistencia al impulso del equipo y considere la caída de tensión en los cables de instalación. Un valor más bajo no es automáticamente mejor si la clasificación de tensión continua no es adecuada.
I_n e I_max: valores nominales de descarga bajo la forma de onda de prueba especificada de 8/20 μs. Compare productos solo cuando la forma de onda, la clase de prueba y la base de clasificación sean las mismas.
I_imp: valor nominal de corriente de impulso para un dispositivo de Tipo 1/Clase I, indicado con su forma de onda de prueba. No es intercambiable con I_max.
Información sobre cortocircuitos y seccionadores: verifique la clasificación de corriente de falla fotovoltaica del fabricante, la protección de respaldo requerida, el esquema de conexión, el indicador de estado y las instrucciones de reemplazo.

Normas fotovoltaicas y alcance de esta guía

IEC 61643-31 especifica los requisitos de prueba para SPD en el lado de CC de generadores e inversores fotovoltaicos con tensiones nominales de hasta 1.500 V CC. Su alcance excluye los sistemas fotovoltaicos que incluyen almacenamiento de energía. IEC 61643-32 proporciona orientación de aplicación para la selección, instalación y coordinación de SPD fotovoltaicos. Para una batería u otra aplicación de CC de baja tensión, verifique la norma de producto aplicable y la certificación exacta del dispositivo; una declaración exclusiva para fotovoltaica no es prueba de idoneidad para ese circuito.

Tipo 1 o Tipo 2: cómo decidir

Los dispositivos de Tipo 1/Clase I se prueban con impulsos de corriente de rayo; los dispositivos de Tipo 2/Clase II se prueban con sobretensiones inducidas y de conmutación. La clase y ubicación requeridas dependen del sistema de protección contra rayos del edificio, la distancia de separación, las normas de instalación locales y la evaluación de riesgos del proyecto. Una instalación en azotea no requiere automáticamente un Tipo 1, y una instalación en campo abierto no hace que un dispositivo o posición específica sea automáticamente la correcta. Utilice el diseño de protección contra rayos del proyecto y las instrucciones de coordinación del fabricante.

Dónde instalar la protección en un sistema fotovoltaico

Considere el lado del arreglo o caja combinadora, la entrada de CC del inversor y el lado de CA del inversor como puntos de protección independientes. El número y la posición de los SPD dependen de las longitudes de los cables, la disposición de la puesta a tierra y los niveles de resistencia de los equipos. Mantenga las conexiones del SPD cortas y encamine los conductores de acuerdo con las instrucciones de instalación; los cables largos pueden aumentar el voltaje que llega al equipo. Consulte nuestra guía de protección de inversores solares y visión general de la protección fotovoltaica para obtener un contexto de diseño más amplio.

¿Se puede utilizar un SPD de CA en un circuito de CC?

No asuma que un SPD solo para CA es adecuado para una cadena de CC fotovoltaica. La tensión continua, el comportamiento de desconexión, la corriente de falla disponible y la certificación deben coincidir con la aplicación de CC. Lea nuestro SPD de CA en sistemas de CC artículo sobre los modos de falla y las verificaciones de selección.

Lista de verificación práctica para la selección de SPD fotovoltaicos

Calcule la tensión máxima de circuito abierto de la cadena fotovoltaica a la temperatura de diseño más baja del sitio.
Confirme que el SPD esté diseñado y certificado para la aplicación fotovoltaica de CC y que U_CPV cubra la tensión calculada.
Elija la clase de prueba y los valores nominales de descarga según el diseño de protección contra rayos y las normas de instalación locales.
Compare U_p con el valor nominal de resistencia del equipo protegido y tenga en cuenta el cableado instalado.
Verifique la disposición de la puesta a tierra, la polaridad y el diagrama de conexión del fabricante.
Confirme la protección de respaldo, los límites de corriente de falla, el seccionador/indicación de estado y los grados de protección de la envolvente ambiental.
Coordine los dispositivos en múltiples puntos de protección utilizando las instrucciones del fabricante; no infiera la coordinación basándose únicamente en los valores de kA.

¿Qué sucede con las baterías, los cargadores de vehículos eléctricos y los sistemas de telecomunicaciones de CC?

Estos sistemas tienen diferentes rangos de tensión, comportamiento de la fuente y condiciones de corriente de falla. No transfiera automáticamente una especificación de SPD fotovoltaico a un rack de baterías o a un bus de CC de carga de vehículos eléctricos. Obtenga la aplicación declarada y la norma de ensayo del dispositivo, verifique la tensión continua máxima y la corriente de falla, y siga el diseño de protección del integrador del sistema. Para más contexto, consulte nuestro Artículo sobre carga de vehículos eléctricos y almacenamiento de energía.

Precio y adquisición

Una comparación de precios fiable requiere la misma aplicación, tensión nominal, clase de ensayo, capacidad de descarga, configuración de polos, envolvente y documentos de certificación. Los rangos de precios genéricos en línea no establecen que un dispositivo sea adecuado para una instalación específica. Solicite al proveedor la ficha técnica específica del modelo, la declaración o informe de ensayo, el esquema de cableado, los requisitos de protección de respaldo y el presupuesto.

Preguntas frecuentes

¿Es un SPD de 1.100 V CC adecuado para un sistema fotovoltaico de 1.000 V?

La etiqueta nominal del sistema por sí sola es insuficiente. Calcule la tensión máxima de circuito abierto del conjunto a la temperatura de diseño más baja y compárela con la U declarada del SPD._CPV. Verifique también el esquema de conexión, las condiciones de corriente de falla y las instrucciones del fabricante. No existe un multiplicador universal de 1,2 que pueda sustituir a este cálculo.

¿Un mayor valor nominal en kA significa siempre una mejor protección?

No. Compare la misma forma de onda y clase de ensayo, luego considere el nivel de protección de tensión, la tensión nominal de funcionamiento continuo, la ubicación de la instalación y la coordinación. Un valor nominal individual más alto no puede compensar una tensión nominal inadecuada o un cableado incorrecto.

Conclusión

La forma más segura de elegir un SPD de CC es comenzar con el circuito real y el equipo a proteger, luego verificar los valores nominales del dispositivo, el alcance de la aplicación y las instrucciones de instalación. Para proyectos fotovoltaicos, utilice la documentación del producto IEC 61643-31 y la guía de aplicación IEC 61643-32 junto con las normas locales. Explore Productos SPD de CC de Kuangya y solicite los documentos técnicos específicos del modelo antes de especificar un dispositivo.