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Solar

La Inteligencia Artificial nos ayuda a evitar arcos eléctricos, ¿Sabes cómo?

22/11/2022 / Por Alberto Molina
Uno de los motivos por los que años atrás se mantenía cierto recelo hacia las instalaciones fotovoltaicas era por las dudas que generaba su seguridad debido a algunos incendios provocados por la presencia de Arcos Eléctricos. Este tipo de situaciones se han estudiado y se han controlado, evitando así que se den, pero… ¿Sabes por qué eran originados? ¿Sabes como se han llegado a controlar? En el siguiente artículo veremos lo que es un arco eléctrico, por qué surge y cómo la Inteligencia Artificial nos ayuda a evitar las catástrofes que estos pueden provocar.
Inteligencia Artíficial aplicada a la fotovoltaica

Las instalaciones fotovoltaicas han estado en el foco de las miradas del mundo energético durante mucho tiempo ya que se cuestionaba su seguridad por la presencia de algunos incendios provocados por los arcos eléctricos. Este tipo de incidentes se han estudiado y se han controlado pero… ¿Sabes por qué eran originados? ¿Sabes como se han llegado a controlar?

En el siguiente artículo vamos a tratar lo que es un arco eléctrico, por qué surge y cuales son las diferentes medidas que han utilizado algunas de las marcas más asentadas en el mercado para evitar las catástrofes que estos pueden suponer.

 

Arco eléctrico:

Probablemente hayas escuchado este termino en más de una ocasión e incluso sabrás cuales son las consecuencias que este puede tener, pero ¿Sabes de verdad lo que es un arco eléctrico y el porqué de su origen?

Un arco eléctrico podría definirse como la descarga eléctrica producida entre dos electrodos situados en un medio gaseoso. Lo que viene a suponer que, cuando existe una gran diferencia de potencial entre dos puntos cercanos de materiales conductores, las moléculas de aire que se encuentran de por medio, tienden a ionizarse y transportar esta carga eléctrica de uno a otro.

 

Ilustración de un Arco eléctrico

Esto provoca que en dicha unión se genere calor, y pueda afectar a los elementos que se encuentran alrededor llegando a provocar un incendio.

Por lo tanto, cada vez que se pela un cable, se desconecta de su terminal o se aflojan unos conectores, existe riesgo de la presencia de arco eléctrico. Aún así, podemos fijarnos en que según el punto de la instalación en el que este ocurra puede ser más o menos peligroso. ¿A qué se debe?

Si tenemos en una vivienda un cable que esta deteriorado o pelado existe riesgo de la presencia de arco eléctrico, pero este no va a suponer un riesgo tan elevado siempre que la corriente que fluya por este cable sea alterna.

La corriente alterna presenta una onda sinusoidal que tiende a pasar por cero provocando de esta forma que el arco eléctrico se corte de forma natural:

Gráfica Corriente Alterna

Sin embargo, en aquellas partes del circuito eléctrico en el que la corriente que fluya sea continua, si que será un problema debido a la tensión constante que implica su naturaleza. Esto engloba a la mayor parte de la instalación que tiene que ver con la propia fotovoltaica.

 

Gráfica Corriente Continua

Si no existe un elemento de corte, este arco eléctrico se puede mantener en el tiempo trayendo graves consecuencias como el dañado de equipos electrónicos presentes en la instalación, rotura o fundición de los conectores o posibles incendios por alcanzar temperaturas de hasta 3000ºC.

Posibles consecuencias arco eléctrico

Esto supone un alto riesgo tanto para instaladores y bomberos como para la propia instalación por encontrarse con niveles altos de voltaje y corrientes en continua.

Por ello, en distintos países se ha llegado a abordar este tema a través de la normativa, como el caso de la NOM001(NEC2017)secc.690.11 mexicana que indica la obligatoriedad de la presencia de un interruptor de falla por arco en sistemas fotovoltaicos de 80V o mayor. O la UL1699B americana, la cual especifica que el equipo de detección debe ser capaz de detectar e interrumpir arcos mayores de 300W en menos de 2,5 segundos.

Aunque en Europa aún no existe una normativa similar, quien sabe si a corto/medio plazo contaremos con algo de este estilo, por lo que es mejor estar preparado.

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Tipos de arco eléctrico en FV

 El arco eléctrico en fotovoltaica puede surgir de 3 maneras:

Arco eléctrico en serie:

rco en serie

Las conexiones en serie pueden dar problemas cuando están rotas o mal conectadas y mientras el inversor está produciendo, surge este arco.

Arco eléctrico a tierra:

Arco a tierra

Este tipo de arco es capaz de ser detectado a través de un equipo diferencial RCD

Arco eléctrico en paralelo:

Arco eléctrico en paralel

Esto ocurre cuando el aislamiento del cableado no es del todo correcto y se genera un flujo entre los conductores positivo y negativo antes de lo debido.

Solución según normativa

Según las normativas aplicadas, se debe instalar un dispositivo AFCI (Arc-Fault Circuit-Interrupters) que sea capaz de detectar el arco y cortar la línea en caso necesario:

Instalación con equipo AFCI

Para detectar los arcos eléctricos en estos sistemas se realiza a través de mediciones de frecuencia. Los arcos generan una señal de ruido blanco de alta frecuencia, normalmente concentrada entre los 10 kHz y los 100kHz, por lo que se realiza una medición del espectro de frecuencia del valor medio:

Comparativa espectro de frecuencia con y sin la presencia de arco eléctrico

Aunque el sistema parece de fiar, existen ciertos elementos o circunstancias que pueden provocar la detección falsa de un arco eléctrico. Esta señal de frecuencia puede verse atenuada por un exceso de longitud, nudos o enredos en los cables empleados en la parte de continua o incluso por los filtros formados entre la capacitancia del panel FV y la propia inductancia de la línea.

Los optimizadores, que funcionan como switcheo de alta frecuencia en electrónica de potencia, también pueden provocar esta falsa alarma.

La instalación de inversores en paralelo también puede ser un elemento de generación de ruido en la línea y por lo tanto alterar las mediciones generando una posible alarma no válida.

Las consecuencias que pueden tener estas falsas alarmas se traducen en grandes incordios tanto para los dueños de las instalaciones como para los propios instaladores que ven como se corta la producción de forma alternada de la propia planta, se ven obligados a asistir a la misma para atajar el problema y se genera cierta duda en este sistema de control de arco eléctrico.

Todo esto queda también repercutido en el gran incremento en los costes de mantenimiento que suponen dichas acciones y en las pérdidas de producción por los cortes del sistema.

Solución Huawei ante esta problemática.

Ante esta situación, muchas marcas lideres en el mercado han decidido tomar medidas y de esta manera minimizar el impacto que pueda tener mostrando una mayor fiabilidad.

Vamos a mostrar a continuación la solución adoptaba por Huawei y su AI BOOST AFCI.

La mayoría de los inversores Huawei cuentan con el elemento AFCI incorporado de forma que se aumenta la seguridad y fiabilidad de este sistema de control, se reducen los costes en equipamiento y mantenimiento y se asegura la compatibilidad de todos los componentes.

Además de todo esto, se asegura el cumplimiento de la normativa reguladora existente ante esta problemática.

Y os preguntareis, ¿En que consiste este sistema AI BOOST AFCI? Pues bien, no solo implica que el sistema tenga incorporado un equipo controlador de arco eléctrico si no que se basa en la recolección y análisis de datos acerca del arco eléctrico de forma global a través de algoritmos de mejora de detección constante.

Esta información se va implementando y mejorando en los propios inversores a través de la actualización de firmware regularmente.

Esto finalmente se traduce en una detección e interrupción de arco mediante inteligencia artificial de milisegundos, evitando interferencias tanto internas como externas.

Otra de las grandes ventajas que presenta este sistema es que no solo es capaz de alertar acerca de la presencia de arco eléctrico, sino que también indica en que string está ocurriendo, ahorrando así tiempo y coste en mantenimiento en el arreglo de la falla.

Para poder corroborar la fiabilidad de este sistema se han realizado más de 100 pruebas en diferentes condiciones como la presencia o no de optimizadores, diferentes longitudes de cable y la instalación de inversores en paralelo. A continuación, se muestra una tabla de las diferentes variables y resultados de algunas de dichas pruebas:

Pruebas medición arco eléctrico

Conclusiones

Uno de los principales problemas que asola la fotovoltaica es la presencia de arco eléctrico ya que, al trabajar en corriente continua, este puede alcanzar grandes temperaturas y sus consecuencias pueden ser devastadoras.

Ante situaciones como esta se han generado normativas que obligan a la protección de las plantas con equipos de detección y corte y las marcas del mercado han reaccionado con el fin de facilitar esta situación.

El sistema de control AI BOOST AFCI de Huawei supone una gran ventaja para su instalación frente a la de un inversor convencional que necesita un equipo de detección AFCI externo ya que:

  • Supone ahorro en equipamiento y mantenimiento de la planta.
  • Se asegura la compatibilidad de los equipos empleados en la planta.
  • Se aumenta la fiabilidad y seguridad gracias a su capacidad de análisis y mejora constante.
  • Se identifica el origen del problema permitiendo atajarlo directamente ahorrando en costes de mantenimiento por la búsqueda de la falla.

Y tú, después de todo, ¿vas a tener en cuenta la posibilidad de la presencia de arco eléctrico en tu próxima instalación?