Soluciones Baterías Solares
Instalación baterías para sistemas fotovoltaicos
La puesta a tierra en una instalación fotovoltaica no consiste simplemente en “mandar la electricidad al suelo”. Su función es mantener las masas metálicas dentro de un sistema equipotencial, limitar las tensiones de contacto y proporcionar un camino adecuado para las corrientes de defecto.
En una instalación fotovoltaica con Victron podemos encontrar paneles, estructuras metálicas, inversores, MPPT, armarios de baterías y el cuadro eléctrico de la vivienda. Todos estos elementos pueden incorporar masas accesibles que deben quedar correctamente integradas en el sistema de protección.
Una de las dudas más habituales es si debemos instalar una toma de tierra independiente para los paneles, otra para las baterías y otra para la vivienda. La respuesta exige distinguir entre la independencia respecto a la red pública y la equipotencialidad dentro de nuestra propia instalación.
La idea fundamental
Independencia hacia fuera, equipotencialidad hacia dentro.
La tierra es una sola: puesta a tierra y equipotencialidad
¿Qué es una masa eléctrica?
En el contexto del Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión, una masa es una parte conductora de un aparato que puede ser tocada y que, en condiciones normales, no debería estar sometida a tensión. Algunos ejemplos son la chapa de una lavadora, la carcasa metálica de un inversor o el armario metálico de una batería.
Si un conductor de fase pierde su aislamiento y entra en contacto con una carcasa metálica, esa masa puede quedar energizada. El aparato puede incluso seguir funcionando aparentemente con normalidad.
El peligro aparece cuando existe una diferencia de potencial entre dos puntos que una persona puede tocar simultáneamente. Por eso la protección no consiste simplemente en “llevar la corriente a tierra”, sino en controlar las tensiones de contacto y proporcionar un camino de baja impedancia para las corrientes de defecto.
El papel del conductor de protección
El conductor de protección, PE, proporciona un camino de baja impedancia para la corriente de defecto y conecta las masas con el sistema de puesta a tierra. De esta forma se facilita la actuación de las protecciones y se reduce el riesgo de que la corriente circule por una persona.
En un esquema TT, además, la protección frente a determinados defectos a masa depende de la coordinación entre conductor de protección, puesta a tierra y diferencial.
¿Qué dice el REBT sobre la puesta a tierra?
La ITC-BT-18 establece como objetivos de la puesta a tierra limitar las tensiones que puedan presentar las masas respecto a tierra, asegurar la actuación de las protecciones y evitar diferencias de potencial peligrosas en el conjunto de la instalación.
La ITC-BT-26 contempla la toma de tierra del edificio y la conexión a ella de las masas metálicas importantes existentes en la zona de la instalación, junto con las masas accesibles de los receptores y los elementos conductores que corresponda conectar equipotencialmente.
Por tanto, en una instalación fotovoltaica las masas accesibles —estructura metálica de los paneles, carcasas de los equipos, armarios metálicos y conductores de protección— deben quedar correctamente integradas en el sistema de protección y equipotencialidad.
Importante: esto no implica necesariamente que exista una única pica física. Puede haber varios electrodos formando parte de una misma red. Lo importante es que las masas estén correctamente interconectadas y formen parte del mismo sistema de protección y equipotencialidad.
¿Qué significa realmente “tierra independiente” en la ITC-BT-40?
Aquí aparece una de las frases que más confusión genera al hablar de instalaciones fotovoltaicas. La ITC-BT-40, para instalaciones interconectadas cuando la red de distribución tiene el neutro puesto a tierra, establece un esquema TT y señala que las masas de la instalación y de los receptores se conectan a una tierra independiente de la del neutro de la Red de Distribución Pública.
La palabra independiente es la clave: se refiere a la puesta a tierra del neutro de la red pública, no a crear tierras separadas dentro de nuestra propia instalación para paneles, baterías y vivienda.
Independencia hacia fuera, equipotencialidad hacia dentro.
La tierra de nuestra instalación es independiente de la puesta a tierra del neutro del centro de transformación, mientras que dentro de la instalación las masas deben quedar correctamente integradas.
Cómo circula una corriente de defecto en un esquema TT
En un esquema TT, el neutro de la red de distribución está puesto a tierra en el centro de transformación y la instalación receptora dispone de su propio sistema de puesta a tierra.
Cuando una fase entra en contacto con una carcasa metálica, la corriente de defecto puede recorrer el conductor de protección, la toma de tierra de la vivienda, el terreno y la toma de tierra del neutro del centro de transformación hasta cerrar nuevamente el circuito en la fuente.
El recorrido a través de las tomas de tierra y del terreno puede presentar una impedancia considerable. Por eso la corriente de defecto puede no alcanzar el valor necesario para provocar el disparo magnético instantáneo de un magnetotérmico.
I = U / Z
La ley de Ohm permite entender la situación: cuanto mayor sea la impedancia del bucle de defecto, menor será la corriente disponible. El terreno es un conductor relativamente malo y, por tanto, el bucle que incorpora las tomas de tierra y el terreno puede presentar una impedancia mucho mayor que un bucle metálico.
Por qué el diferencial es fundamental en un esquema TT
El diferencial compara la corriente que entra por los conductores activos con la que sale. Si una parte de la corriente se desvía por el conductor de protección y por tierra, esa corriente ya no retorna por el neutro a través del diferencial.
El diferencial detecta entonces el desequilibrio y abre el circuito. Por eso, en un esquema TT, la protección frente al defecto a masa se basa en la coordinación entre el conductor de protección, la puesta a tierra y el dispositivo diferencial.
Defecto a tierra frente a cortocircuito fase-neutro
La situación cambia completamente cuando fase y neutro se tocan accidentalmente. En este caso el circuito se cierra fundamentalmente a través de los conductores metálicos de la instalación y la impedancia del bucle puede ser muy baja.
Con una impedancia baja, la corriente de cortocircuito puede ser muy elevada. Como la corriente entra por fase y vuelve por neutro, no existe el desequilibrio que detectaría el diferencial. En este caso quien debe actuar rápidamente es la protección contra sobreintensidades, normalmente el magnetotérmico.
| Situación | Recorrido principal | Protección que debe detectar el defecto |
|---|---|---|
| Fase → masa | PE + toma de tierra + terreno + tierra del neutro de red | Diferencial, coordinado con la puesta a tierra y las protecciones |
| Fase → neutro | Bucle metálico F-N | Magnetotérmico / protección contra sobreintensidades |
Medición real: impedancia del bucle de defecto
En una medición real con un equipo multifunción se obtuvieron aproximadamente 13,45 Ω de impedancia de bucle de defecto, con una corriente de defecto prevista de unos 17 A.
Es importante no confundir esta medida con la resistencia de una pica de tierra. Lo que mide el instrumento es la impedancia del recorrido completo del bucle de defecto, incluyendo todos los elementos que intervienen en dicho recorrido.
En el bucle de línea L-N se obtuvo aproximadamente 0,55 Ω, correspondiente a una corriente de cortocircuito prevista de unos 411 A.
13,45 Ω → ≈17 A | 0,55 Ω → ≈411 A
La gran diferencia entre ambos valores muestra por qué un defecto a tierra en TT puede no provocar el disparo magnético instantáneo de un magnetotérmico, mientras que un cortocircuito F-N sí puede hacerlo.
¿Cuándo dispara un magnetotérmico C16?
Para un magnetotérmico de 16 A, curva C, la zona de disparo magnético instantáneo se encuentra aproximadamente entre 5 y 10 veces su intensidad nominal, es decir, entre unos 80 y 160 A.
Una corriente de defecto de aproximadamente 17 A está muy lejos de esa zona de disparo magnético. En cambio, una corriente de cortocircuito de aproximadamente 411 A entra claramente en la zona de actuación magnética.
Conclusión práctica
Un defecto a masa de unos 17 A no tiene por qué hacer disparar instantáneamente un C16. Un cortocircuito F-N de unos 411 A sí está claramente en la zona de disparo magnético.
Esquema TT frente a TN-C-S
En un esquema TN-C-S, el conductor que llega a la vivienda puede combinar inicialmente las funciones de neutro y protección mediante un PEN. En el punto de separación se divide en N y PE y, a partir de ese punto, no deben volver a unirse.
Ante un defecto a masa, el retorno de la corriente se realiza fundamentalmente mediante un bucle metálico. Al no depender del terreno como ocurre en TT, la impedancia puede ser mucho menor.
Con una impedancia de bucle baja, la corriente de defecto puede ser suficientemente elevada para provocar la actuación de las protecciones contra sobreintensidades. Los diferenciales siguen siendo una protección adicional muy importante frente a contactos indirectos y corrientes de fuga.
¿Qué ocurre cuando un Victron MultiPlus-II pasa a modo inversor?
Cuando el MultiPlus-II o Quattro trabaja conectado a la red en modo paso a través, está conectado a la fase y al neutro de la red. La carcasa metálica del equipo está conectada al conductor de protección y el relé de tierra se encuentra abierto.
Cuando el equipo pasa a modo inversor, abre los relés de entrada AC-IN y se desconecta de la red. Al desaparecer la referencia proporcionada por el neutro de la red, el inversor establece su propia referencia entre neutro y tierra en la salida.
El relé de tierra del MultiPlus establece funcionalmente la conexión entre el neutro de salida y tierra. De esta manera se crea una referencia N-PE para el circuito que está alimentando el inversor.
La idea clave del MultiPlus
Al trabajar aislado de la red, el inversor necesita establecer las condiciones adecuadas para que el sistema de protección de la salida siga funcionando como está previsto.
Corriente de defecto en la salida del inversor
Con el relé de tierra cerrado existe un camino metálico de retorno hacia el punto donde se ha establecido la unión entre neutro y tierra. Desde el punto de vista de la protección frente a defectos a masa, el comportamiento de la salida se asemeja al de un sistema TN.
Sin embargo, hay una diferencia importante respecto a una instalación alimentada directamente por un transformador de distribución: el inversor puede limitar la corriente que suministra.
Por este motivo, aunque el camino de retorno sea metálico, la corriente de defecto disponible puede no ser suficiente para provocar rápidamente la actuación de un fusible o magnetotérmico. En esta configuración, la protección diferencial de la salida adquiere una importancia fundamental.
¿Qué ocurre si falla el relé de tierra?
Si el relé de tierra no se cierra correctamente cuando el inversor trabaja aislado de la red, podemos perder la referencia N-PE necesaria para el funcionamiento previsto de la protección diferencial.
En consecuencia, puede perderse el camino de retorno de la corriente de defecto y la protección frente a ese defecto puede no funcionar como esperamos. Por eso el relé de tierra es una parte crítica del sistema de protección del inversor.
Advertencia técnica: la comprobación y el diseño de las protecciones deben realizarse con los procedimientos y equipos adecuados. Un comprobador de enchufes puede servir para una comprobación funcional rápida, pero no sustituye a un equipo multifunción para verificar correctamente un diferencial o realizar medidas reglamentarias.
Conclusiones sobre la puesta a tierra en instalaciones fotovoltaicas Victron
Qué debemos recordar
1. La puesta a tierra no consiste simplemente en enviar la corriente al terreno. Su objetivo es controlar tensiones de contacto, mantener la equipotencialidad y proporcionar caminos adecuados para las corrientes de defecto.
2. En un esquema TT, la tierra de la instalación es independiente de la puesta a tierra del neutro de la Red de Distribución Pública.
3. Esa independencia no significa crear una tierra diferente para los paneles, otra para las baterías y otra para la vivienda.
4. Dentro de la instalación, las masas deben quedar correctamente integradas en el sistema de protección y equipotencialidad.
5. En TT, un defecto a masa puede generar una corriente demasiado pequeña para provocar el disparo magnético instantáneo de un magnetotérmico, por lo que el diferencial es fundamental.
6. Cuando un MultiPlus-II o Quattro pasa a modo inversor, su relé de tierra establece la referencia N-PE prevista para la salida.
7. La corriente disponible del inversor puede estar limitada, por lo que no debemos analizar su protección exactamente igual que la de una vivienda conectada directamente a un transformador de distribución.
Fuentes técnicas utilizadas en el vídeo
REBT — RD 842/2002 · ITC-BT-18 · ITC-BT-26 · ITC-BT-40 · Guía-BT-40 · Victron Energy — Wiring Unlimited · Manual Victron MultiPlus-II / Quattro-II · Manual Victron ESS.
REBT — RD 842/2002 · ITC-BT-18 · ITC-BT-26 · ITC-BT-40 · Guía-BT-40 · Victron Energy — Wiring Unlimited · Manual Victron MultiPlus-II / Quattro-II · Manual Victron ESS.
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