Cómo hacer ensayos en cadenas fotovoltaicas en busca de errores por derivación a tierra intermitentes

Por Will White, especialista en aplicaciones sénior de Fluke, DER

Los errores intermitentes por derivación a tierra en los sistemas fotovoltaicos se encuentran entre los problemas más difíciles a los que tienen que hacer frente los técnicos en energía solar. A diferencia de los errores persistentes (o "activos"), los intermitentes a menudo solo se producen en condiciones concretas: condiciones húmedas, expansión térmica o incluso tracking ("encaminamiento") eléctrico de la matriz. Si no se resuelven, pueden causar activar los inversores, suponer peligros para la seguridad y provocar averías completas.

Esta guía proporciona un método paso a paso para efectuar ensayos seguros en cadenas fotovoltaicas con tensión con el fin de localizar errores por derivación a tierra intermitentes mediante herramientas y procedimientos fiables.

¿En qué consiste una avería por derivación a tierra intermitente?

Un error por derivación a tierra intermitente es una conexión eléctrica temporal entre un conductor que transporta corriente (como CC positivo o negativo) y un componente metálico puesta a tierra, como la estantería o el bastidor del módulo. A diferencia de lo que ocurre con los errores persistentes, la conexión no se mantiene.

Estos errores solo pueden producirse en las siguientes condiciones:

• Llueve o se forma condensación
• El sol calienta y expande los materiales
• La matriz se encuentra en una posición de tracking específica
• Los conductores rozan contra los bordes por acción del viento

Debido a su naturaleza de alternancia entre activación y desactivación, a menudo no se detectan mediante la protección normal contra derivaciones a tierra.

La seguridad es lo primero: Utilice los EPI correspondientes

La comprobación de sistemas con tensión conlleva peligros notables. Siga siempre los protocolos de seguridad eléctrica de su organización y las directrices de norma NFPA 70E®.

En función de la envergadura y la tensión del sistema, entre los EPI necesarios pueden estar los siguientes:

• Guantes con aislamiento eléctrico
• Ropa ignífuga
• Protección facial o traje resistente a arcos eléctricos

Los errores por derivación a tierra pueden provocar una circulación impredecible de la corriente. Asuma siempre que el sistema es peligroso y que los componentes que normalmente no transportan corriente sí que tienen tensión hasta que se verifique lo contrario.

Guía paso a paso para hacer ensayos en cadenas fotovoltaicas con tensión en busca de errores por derivación a tierra intermitentes

Paso 1. Comprensión de los valores de tensión previstos

Antes de proceder con el ensayo, calcule la tensión de circuito abierto (VOC) de cada cadena fotovoltaica. Utilice la hoja de datos del módulo y multiplique la VOC del módulo por el número de módulos de la cadena.

Por ejemplo:

• VOC de módulo = 53,8 V de CC
• 16 módulos en serie
  → VOC de cadena = 860,8 V de CC

Conocer esta referencia le ayuda a detectar lecturas anómalas.

Paso 2. Uso de los datos de monitorización del sistema (si se dispone de ellos)

Si se trata de un sistema supervisado, consulte los registros del inversor para comprobar lo siguiente:

• Códigos de error de derivación a tierra
• Hora del día en la que se produce la activación
• Tendencias cronológicas

Esto puede ayudarle a localizar cuándo y en qué condiciones se produce el error.

Paso 3. Bloqueo/etiquetado (LOTO) e inspección visual

Aunque va a realizar el ensayo en cadenas con tensión, primero debe aislar y asegurar la zona.

• Abra la desconexión con capacidad de interrupción de carga para la sección en la que va a trabajar.
• Coloque dispositivos de bloqueo y etiquetado (LOTO) en la caja combinadora o los mecanismos de desconexión.
• Etiquete cada dispositivo LOTO con la siguiente información:
  • Nombre del técnico
  • Teléfono
  • Fecha
  • Trabajo que se está realizando

Seguidamente, inspeccione visualmente la matriz en busca de lo siguiente:

• Marcas de quemaduras o decoloración en los módulos
• Conectores fundidos
• Cables dañados o pinzados
• Indicios de entrada de agua

Algunos errores intermitentes son apreciables antes de comenzar con el ensayo.

Paso 4. Comprobación de que no circula corriente

Antes de abrir los portafusibles o desconectar los conductores, utilice una pinza amperimétrica de CC (por ejemplo, la Fluke 393 FC o 283 FC/PV) para comprobar el flujo de corriente.

• Fije uno a uno todos los conductores de la cadena positivos y negativos.
• Confirme que la corriente sea de cero antes de continuar.

Advertencia: No abra nunca los portafusibles ni desconecte los cables mientras circule corriente. De hacerlo, puede provocar un arco de CC peligroso.

Paso 5. Medición de la tensión a masa de la cadena fotovoltaica (lado positivo)

1. Abra todos los portafusibles positivos para aislar los conductores positivos.
2. Si es posible, asegúrese de que todos los portafusibles negativos estén abiertos o de que los conductores negativos se hayan retirado de la barra colectora negativa y estén aislados. (Ayuda hacerlo, pero en este paso no es necesario aislar el conductor negativo).
3. Conectar:
   • Cable positivo del medidor al conductor positivo de la cadena
   • Cable negativo del medidor a la barra colectora por derivación a tierra
4. Anote la tensión.
5. Una lectura de cero indica que no hay ningún error. Una tensión distinta de cero puede ser indicativa de la existencia de una avería por derivación a tierra intermitente.

Siga haciendo medidas en cada cadena individualmente, protegiendo siempre los extremos expuestos de los cables con tuercas o cinta.

Al realizar mediciones con los conductores negativos conectados en paralelo a través de la barra colectora negativa, una derivación a tierra hará que se mida la tensión en cualquier conductor positivo a tierra hasta que se retiren las conexiones paralelas negativas y se aísle el extremo negativo de las cadenas.

Paso 6. Medición de la tensión a masa de la cadena fotovoltaica (lado negativo)

Repita el mismo procedimiento para los conductores negativos:

1. Con todos los portafusibles positivos abiertos y el extremo negativo del conductor aislado de otros conductores (abra el portafusibles negativo si está disponible, o desconecte el conductor negativo de la barra colectora), conecte:
   • El cable negativo del medidor al conductor negativo de la cadena
   • El cable positivo del medidor a la barra colectora por derivación a tierra
2. Anote la tensión.
3. Resultado previsto: 0 V de CC
   Anomalía: Cualquier tensión distinta de cero puede ser indicativa de la presencia de un error.
4. Después de cada ensayo, proteja los extremos expuestos del cable con tuercas o cinta para cables o vuelva a conectar el conductor en las debidas condiciones de seguridad.

Repítalo para cada cadena de la caja combinadora.

Paso 7. Realización de los ensayos en condiciones de humedad o que repliquen el error

Dado que los errores intermitentes suelen depender de factores externos, pruebe a realizar los ensayos en condiciones similares:

• Realice los ensayos a primera hora de la mañana cuando haya condensación, después de haber llovido o después de pulverizar agua destilada en los módulos (solo si está permitido y si puede hacerse en las debidas condiciones de seguridad).
• Si el sistema utiliza seguidores solares, traslade la matriz a la posición en la que se produjo el último error y repita el ensayo.

Extreme las precauciones cuando realice ensayos en condiciones de humedad, ya que puede haber otros peligros. Asegúrese de que las herramientas sean aptas para su uso en estos entornos.

Paso 8. Identificación de valores atípicos

Una vez realizadas mediciones en todas las cadenas:

• Compare todos los valores de tensión de tierra a conductor.
• Busque valores atípicos: cadenas que presentan lecturas anómalas.
• Estos son candidatos para pruebas adicionales mediante resistencia de aislamiento o inspección localizada.

Para obtener más información sobre métodos de aislamiento, consulte lo siguiente: Cómo utilizar lecturas de tensión para localizar errores por derivación a tierra en matrices fotovoltaicas solares

Herramientas recomendadas para este procedimiento

• Pinza amperimétrica solar Fluke 393 FC: para medir la corriente continua
• Multímetro digital solar Fluke 283 FC/PV y pinza amperimétrica inalámbrica: para medir la corriente continua
• Localizador de errores a tierra Fluke GFL-1500
• Multímetro con medida de aislamiento Fluke 1587 FC: para mediciones de resistencia de aislamiento (si es necesario)
• Multímetro con clasificación CAT III o IV: tensión nominal superior a la VOC del sistema

¿Qué ocurre si no se detecta ningún error?

Si no encuentra ningún error en las condiciones en las que se encuentre, siga las siguientes instrucciones:

• Programe la repetición del ensayo en condiciones meteorológicas adversas
• Utilice los datos obtenidos de la supervisión para acotar el lapso
• Plantéese la posibilidad de realizar más ensayos de resistencia de aislamiento en circuitos sin tensión
  → Cómo buscar errores de derivación a tierra en circuitos sin tensión

Resumen

Los errores intermitentes por derivación a tierra pueden ser difíciles de detectar, pero a menudo son la señal de advertencia temprana de un error más grave. Con precauciones de seguridad detenidas y un enfoque paso a paso, puede aislar posibles cadenas problemáticas y mantener el sistema en marcha con total seguridad.

Acerca del autor

Will White comenzó a trabajar en el sector fotovoltaico en 2005 para una pequeña empresa de integración. Después de comenzar como instalador, trabajó en ventas, diseño y gestión de proyectos, y finalmente se convirtió en director de operaciones. En 2016, se unió al equipo curricular de Solar Energy International (SEI), donde se centró en el desarrollo de contenido de cursos de formación y en la impartición de clases sobre energía solar. En 2022, dio el salto a un puesto de especialista en aplicaciones solares en Fluke, donde presta asistencia a sus equipos de comprobación de energía renovable, como trazadores de curva IV, medidores eléctricos y cámaras termográficas.

Will tiene experiencia en energía eólica y solar térmica, almacenamiento energético y energía fotovoltaica en todos sus aspectos. Una cosa que le apasiona es la aplicación de técnicas de instalación de calidad que cumplen con los preceptos normativos correspondientes. Will lleva dedicándose a la instalación de equipos fotovoltaicos con certificación de la Junta Norteamericana de Profesionales Certificados en Energía (NABCEP) desde 2006; antes de ello, también era instalador de colectores solares certificado por la misma Junta. Es licenciado en Business Management por el Columbia College de Chicago (EE. UU.) y tiene un máster en dirección de empresas por la Universidad de Nebraska-Lincoln. En su tiempo libre, se le puede encontrar trabajando con su esposa y su hija en su casa en el centro de Vermont, construida con pacas de paja sin electricidad.

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