Recomendaciones NEC

8/10/2019 Recomendaciones NEC

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Universidad Nacional Autnoma de Mxico

Centro de Investigacin en EnergaCURSO DE ESPECIALIZACIN

SISTEMAS FOTOVOLTAICOSINTERCONECTADOS A LA RED

9-13 de enero de 2012

SISTEMAS DE ENERGA FOTOVOLTAICA

YEL CDIGO ELCTRICO NACIONAL:PRCTICAS RECOMENDADAS

John Wiles

Aarn Snchez Jurez


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Cd igo Elctr ic o Nac ional (NEC)

Existen 5 fabricantes que ofrecen mdulos FV homologados:ASE Americas,Photocomm Solavolt,Siemens,SolarexTideland Signal Corp.

Los mtodos de conectar el cableado a los mdulos vara segn el fabricante.

El NEC no exige el cableado bajo tubo; pero jurisdicciones locales,concretamente en instalaciones comerciales pueden exigirlo. El

Cdigo exige que se dispongan prensaestopas para conectar los cables.

Si el mdulo tiene una caja de conexiones cerrada y protegida de la

intemperie, deberan usarse prensaestopas y abrazaderas resistentes a

la humedad en todos los huecos dispuestos para el cableado.

MDULOS FOTOVOLTAICOS


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JuntasSi las juntas resistentes a laintemperie forman parte de la caja

de conexiones, deben seguirse lasinstrucciones del fabricante paraasegurar el adecuado prensado yaislamiento [110-3(b),UL Standard 1703].

El de la izquierda es una sencillaabrazadera para uso en interiorescon cable aislado no metlico(Romex).

Las abrazaderas del centro (T&B) yde la derecha son resistentes al aguay se pueden usar con cable de uno oms conductores segn el orificio.El conjunto de plstico de la derechaest fabricado por Heyco.

En la figura 1 se muestran variostipos de prensaestopas.


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Etiquetado de MduloEn los mdulos debe aparecer cierta informacin elctrica.

Si los mdulos no vienen etiquetados de fbrica (exigido por la agenciahomologadora UL), entonces deberan etiquetarse in situ para facilitar lainspeccin y permitir que el inspector determine la ampacidad requeridapor los conductores y las especificaciones de los limitadores de corriente.

Ver tambin [690-52]. La informacin facilitada por el fabricante incluirlos siguientes aspectos:

Polaridad de los terminales o bornes de salida Poder de corte del dispositivo de sobre intensidad para la proteccin

del mdulo Tensin a circuito abierto Tensin de funcionamiento Corriente de funcionamiento Corriente de cortocircuito Potencia mxima

Tensin mxima permitida en el sistema [690-51]


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Etiqueta de Mdulo tpicoAunque no se exige en el NEC, debe conocerse la temperatura

soportada por el mdulo para determinar la temperatura que debesoportar el aislamiento de los conductores y cmo disminuye laampacidad de los mismos por causa de sta [110-14(c)].

La figura 2 muestra una etiqueta tpica

situada en la parte posterior de unmdulo


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Cableado del sistema Fotovoltaico

En ciertas aplicaciones pueden usarse conductores de aluminio o decobre revestidos de aluminio, pero no se recomienda su uso sobre todoen viviendas particulares.

El NEC exige que se utilicen conductores de calibre 12 American WireGage (AWG) o superior, en los sistemas con tensiones por debajo de 50voltios [720-4].

Se recomienda conductores de cobre para casi todo el cableado

del sistema fotovoltaico debido a que presentan menores cadasde tensin y mxima resistencia a la corrosin.

Los clculos de ampacidad derivados

del Artculo 690, que den lugar a

tamaos ms pequeos de conductores,

podran invalidar las consideraciones

del Artculo 720


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Cableado de Interconeccinde Mdulos

En circuitos continuos y en presencia de humedad [310-13FPN].

La mayora de los cables UF tienen aislamiento especificado para 60

C.

No es adecuado para largas exposiciones a la luz directa del sol y atemperaturas como las que se dan en los tejados, cerca de los mdulosFV.

Debe evitarse la utilizacin de conductores con aislamiento de 60

Ccuando haya temperaturas superiores en las proximidades de los mdulos.

El cable de Entrada Bajo Tierra del Servicio (USE), ampliamentedisponible, se recomienda como el mejor para las interconexiones del

mdulo.Cuando se fabrica segn el estndar UL, tiene una especificacin de90

C y es resistente a la luz del sol, aunque, generalmente, no se sealacomo tal.Estos cables muestran signos de

deterioro al cabo de cuatro aos deexposicin.


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Las designaciones RHH y RHH-2 encontradas frecuentemente en el cableUSE-2, y permiten su uso bajo tubo en el interior de edificios.

Cuando se conecten los mdulos en paralelo, habr que ajustar correctamentela ampacidad de los conductores. La ampacidad en cualquier punto, corregidadebe ser al menos el 125% de la corriente de cortocircuito del mdulo (o seriede mdulos en paralelo) en ese punto [690-8(a), (b)].

Si se necesita cable flexible de dos conductores, se puede usar cable TipoTC, como se indica en el NEC [318 y 340].

El cable TC es resistente a la luz del sol y suele sealarse como tal.

Aunque se usan frecuentemente para las interconexiones de los mdulos, lostipos de cable SO, SOJ y otros flexibles similares pueden no ser resistentes

a la luz del sol y no estn aprobados para su uso eninstalaciones fijas (no porttiles) [400-7,8].

Cableado de Interconeccinde Mdulos


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Mdulos de seguimiento

Cable tipos THW o RHWque no son resistentes a laluz solar deben estarinstalados en el conducto

flexible liquidtight.

El NEC permite el uso del Artculo 400, cables flexibles [400-7(a), 690-31(c)], donde haya partes mviles en el campo FV,

como sistemas de seguimiento o mdulos de concentracin.


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TerminalesSe recomiendan terminales en forma de anillo dentro de la cajade conexiones del modulo para asegurar que todos los hilos del

conductor se conectan al tornillo de fijacin.

Pueden utilizarse terminales con forma de horquilla, pero nodeberan juntarse ms de dos en un tornillo.

Terminales Aisladas y sin aislar


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Inversores de onda cuadrada:Las grapadoras sencillas, diseadas para gripar cables mspequeos usados en electrnica, no suelen proporcionar fuerza

suficiente para conseguir gripados de larga duracin en losconectores de instalaciones FV, incluso usando calibre 12-10AWG.


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Cableado de enlace

Todo el cableado del sistema FV debe hacerse usando alguno

de los mtodos incluidos en el NEC [690-31, Captulo 3].Los mtodos ms usuales, empleados en sistemas FV, son losconductores individuales bajo tubo elctrico metlico (EMT) yno metlico y cable aislado no metlico.

El tubo puede ser tubo elctrico metlico (EMT) de paredgruesa o delgada [358]

Figura 7. Combinador de PV coninterruptores de circuito


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Cableado de enlace

Cuando se emplean conductores bajo tubo, estos deben tenerun aislamiento de al menos 90C, como RHW-2 o XHHW-2.

Estos tubos pueden retener agua en puntos bajos y, por tanto,en tubos al aire o enterrados slo se permiten conductoresespecificados para lugares hmedos. El tubo puede ser tuboelctrico metlico (EMT) de pared gruesa o delgada [348]

si es rgido, se usa tubo no metlico, debiendo usarse tuboelctrico (gris) de PVC, [347].

El cable al aire de un solo conductor (usado normalmente entre

las bateras y los inversores) no se usar excepto para lainterconexin de mdulos [300-3(a)].


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Uniones:Todas las uniones (aparte de los conectores mencionadosanteriormente) deben realizarse en cajas de conexionesaprobadas y con un mtodo de unin aprobado [300.15].

Los conductores deben retorcerse firmemente para hacer unabuena conexin elctrica y mecnica, despus enlazarlos,soldarlos y cubrirlos [110-14(b)]

Cableado exterior debe ser protegido en cajas de empalme aprueba de lluvia como NEMA tipo 3R [300.15].


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Uniones:Conectores de terminal mecnico de tipo cuadro dan altaconfiabilidad. Si se utiliza, debe evitarse el ambiente hmedoincluso dentro de los gabinetes.

Conectores de giro en alambre (aprobados para empalme de cables)para medio ambiente (entierro seco, hmedo, mojado o directo), sonaceptables dispositivos de empalme.

Slo, podr utilizarse en circuitos de CA o CD. En la mayora de loscasos, se deben utilizar dentro de gabinetes.Mdulos conectados en serie y paralelo, un acuerdo de bloque o barrade bus terminal deber utilizarse para que un circuito de la fuentepuede ser desconectado sin desconectar el conductor de tierra (en

sistemas conectados a tierra) de otros circuitos de origen [690.4(C)].Conectar los mdulos no siempre es aceptable, porque la extraccinde un mdulo en la cadena puede desconectar el conductor de tierrapara todos los mdulos en otros circuitos de fuente o cadenasparalelas.


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Uniones:El fusible de proteccin mdulo requerido u otro dispositivo desobre corriente es normalmente necesaria en cada mdulo ocadena de mdulos.


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Cdigos de Color en Conductores

En un sistema donde exista toma de tierra, el aislamiento detodos los conductores puestos a tierra debe ser blanco o grisnatural, o de cualquier color excepto verde, si est marcadocon cinta de plstico o pintura blanca en ambas terminaciones(marcado permitido slo en conductores de mayor calibre que 6

AWG)..Los conductores usados para la puesta a tierra de la estructurasoporte de los mdulos y dems equipo metlico accesible, debenestar desnudos (sin aislamiento) o llevar un aislante o

identificacin de color verde, o verde con tiras amarillas [200-6, 7; 210-5].

La NEC exige que los conductores de tierra sean blancos.


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Cdigos de Color en Conductores

La NEC no especifica el color de los conductoresque no estn a tierra, pero la regla es que losdos primeros conductores que no estn a tierrasean de color negro y rojo.

Esto sugiere que en un sistema FV de dosconductores, con el negativo a tierra, elconductor positivo podra ser rojo o de cualquier

color con una marca roja, excepto verde o blanco,y el conductor negativo de tierra debe serblanco.


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Cables de Batera:Los cables de la batera, aunque pueden ser de calibre 2 / 0AWG y superior, deben ser del tipo estndar para edificios[Captulo 3].

No se permiten cables de soldadura ni de bateras deautomviles. Para este uso, existen cables para edificios,flexibles y con muchos hilos (USE-RWH).

Los cables flexibles, identificados en la seccin 400 del NEC,se permiten desde los terminales de la batera hasta una cajade conexin cercana y entre los elementos de la batera [690-74].

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Proteccin de Fallasatierra y desconexindel sistema FV

Fallas a tierra

El Artculo 690-5 del NEC exige un dispositivo de deteccin de falla atierra, interrupcin y desconexin del sistema FV, como proteccincontra incendios, Para los paneles instalados en techos de casahabitacin. Los paneles instalados sobre el terreno no precisan estedispositivo.

Se estn desarrollando varios dispositivos que cumplan estos requerimientos,pero no hay ninguno comercialmente disponible. Estos aparatos puedennecesitar que el conductor de proteccin pase a travs de ellos. Para minimizarcostes, los dispositivos en desarrollo pueden sustituir al interruptor quedesconecta el sistema FV e incorporar las siguientes funciones:

Desconector manual del sistema FV Deteccin de falla a tierra Interrupcin de falla a tierra Desconexin del sistema FV Proteccin del cableado del sistema FV contra sobrecarga

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Los dispositivos de deteccin de falla a tierra, interrupcin ydesconexin del campo deben llevar a cabo automticamente lassiguientes acciones, dependiendo del diseo particular:

Detectar las corrientes de falla a tierra que excedan unvalor determinado

Interrumpir o reducir de forma significativa las corrientes defalla

Abrir el circuito entre el campo y la carga

Cortocircuitar el sistema o sub sistema FV

Proteccin de Fallasatierra y desconexindel sistema FV

Fallas a tierra

Se han desarrollado dispositivos de falla a tierra para algunos sistemas con inversoresconectados a la red y sistemas aislados, y otros estn en fase de desarrollo. Si unaversin del NEC especifica algn equipo no disponible comercialmente, la autoridad quetenga jurisdiccin puede facilitar una suspensin del requerimiento [90-4].


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Desconexin del sistema FV

El Artculo 690-18exige un mecanismo que desconecte partesdel sistema o el sistema completo. El trmino desconectartiene varios significados y el NEC no aclara lo que se pretende.El Manual del NEC desarrolla el trmino. Desconectar se puede

definir de varias formas: Impedir que el sistema FV produzca salida alguna Reducir la tensin de salida a cero Reducir la corriente de salida a cero

Dividir el campo en segmentos no peligrosos

La salida se podra medir en los terminales del sistema FV o enlas terminales de carga.

Definicin de desconexin:


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La corriente de salida se puede anular desconectando el sistema FV decualquier carga. El interruptor de corriente del sistema FV llevara a

cabo esta tarea, pero en el cableado del sistema y en la caja dedesconexin an existira la corriente de circuito abierto. En unsistema grande, una corriente de cortocircuito de 100 ampers (con elcampo cortocircuitado) puede resultar tan difcil de manejar como unacorriente a circuito abierto de 600 volts.

Recomendaciones: Durante la instalacin del campo FV, los paneles se pueden cubrir para

desconectarlos. En un sistema en funcionamiento, el cortacorriente del sistema FV se abre durante

el mantenimiento y el campo se cortocircuita o se deja abierto segn lascircunstancias.

En la prctica, para sistemas FV de gran dimensin, hay que prever la desconexinde partes del sistema de otras secciones para el mantenimiento (interruptor oconexin de tornillo).

Mientras se realiza el mantenimiento de los paneles individuales o grupos depaneles, estos se pueden cubrir y/o aislar y cortocircuitar para reducir laaparicin de una sacudida elctrica. Cuando un mdulo o el sistema FV estcortocircuitado, poco ms se puede hacer que medir la corriente de cortocircuito.

Durante las reparaciones, el sistema suele estar en circuito abierto.


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Puesta a tierra

Puesto a Tierra:

Conectado a la tierra o a un conductor que hace de tierra.

Conductor puesto a Tierra:

Un conductor del sistema que normalmente lleva corriente y se pone atierra de forma intencionada. En los sistemas FV, un conductor (normalmente el

negativo) en los sistemas de dos conductores o el neutro en sistemas bipolares,se pone a tierra.

Conductor de Tierra (1) y (2):

Un conductor que normalmente no lleva corriente y se usa para: (1)conectar las partes metlicas accesibles de los equipos al electrodo de tierra o

conductor puesto a tierra, o (2) conectar el conductor puesto a tierra alelectrodo de tierra.

Conductor de Tierra del Equipo:Ver Conductor de Tierra (1), arriba.

Conductor del Electrodo de Tierra:

Ver Conductor de Tierra (2), arriba


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Sistema de Puesta a Tierra

En un sistema FV bifsico y corrientes superiores a 50 volts(corriente de salida o corriente del sistema FV a circuitoabierto), debe ponerse a tierra con un conductor de corrientecontinua.

En un sistema de trifsico, el neutro o toma intermedia delsistema de corriente continua debe ponerse a tierra [690-7,

41].

Esos requisitos se aplican tanto a sistemas autnomos como asistemas conectados a la red.

El sistema de puesta a tierra aumenta la seguridad del personaly minimiza los efectos de los rayos y sobrcarga inducidas en losequipos. La puesta a tierra de todos los sistemas FV reducetambin el ruido de radiofrecuencia causado por las lucesfluorescentes e inversores.

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Tamao del conductor del electrodode Tierra

El conductor del electrodo del sistema de tierra en continua no

debe tener un calibre inferior a 8 AWG o al del mayorconductor presente en el sistema [250-93].

Si los conductores entre la batera y el inversor son de 4/0AWG (por ejemplo), entonces el conductor desde el conductornegativo (suponiendo que es ste el que se pone a tierra) y elelectrodo de tierra debe ser de 4/0 AWG.

El NEC de 1996 permite excepciones para este gran conductorde tierra. Muchos sistemas FV pueden usar un conductor delelectrodo de tierra con calibre 6 AWG, si sa es la nica

conexin con el electrodo de tierra [250-93].


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Punto de Conexin El conductor del electrodo del sistema de tierra, de un sistema FV, debe

conectarse a los circuitos de salida del sistema FV, hacia el final de los

mdulos del circuito [690-42, 250-22]. Si la conexin esta cerca de los mdulos, se permite el uso de protecciones

contra sobrecorriente. Los interruptores de desconexin no deben cortarlos conductores puestos a tierra [690-13].

En sistemas autnomos, el regulador de carga puede considerarse como

parte del circuito de salida del sistema FV y el punto de conexin delconductor del electrodo de tierra puede estar antes o despus delregulador. Pero este conductor de tierra tiene que ser de gran calibre (4/0AWG) mientras que los conductores que entran a salen del regulador puedenser de cailbre10 AWG o inferior.

Si conecta el conductor de tierra en el lado del regulador que da a lasbateras, en un punto donde los conductores del sistema son del mayorcalibre, se conseguir una mejor puesta a tierra a expensas de una menorproteccin contra los rayos.

El NEC de 1996 permite en algunas circunstancias el uso de conductoresms pequeos para el electrodo de tierra, cualquiera de los dos puntos de

conexin es aceptable [250-93].

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Sistema Tpico: Posible ubicacin delconductor de Tierra

La Figura 8 muestra dos lugares posibles para la

conexin del conductor de tierra.

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Reguladores de Carga Puesta a Tierra

En los sistemas con toma de tierra es importante que el regulador decarga no procese seal en el conductor de puesta a tierra. Cuando el

regulador se encuentra en funcionamiento, los rels y transistores en elconductor puesto a tierra crean una situacin en la que, algunas veces,este conductor no est al potencial de tierra.

Esta condicin incumple las disposiciones del NEC que exige que todos losconductores identificados como conductores puestos a tierra deben estar almismo potencial (es decir, a tierra).

Una resistencia en derivacin en el conductor puesto a tierra esequivalente a un cable si se dimensiona adecuadamente, pero el usuario detales reguladores de carga corre el riesgo 30 de cortocircuitar estaresistencia cuando tiene lugar una puesta a tierra involuntaria en elsistema.

El mejor diseo de un regulador de carga es aquel en el que el conductoractivo puesto a tierra (normalmente el conductor negativo), atraviesadirectamente desde el terminal de entrada hasta el de salida.


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Equipos Puesta a Tierra Todas las partes metlicas no activas accesibles de las cajas de conexin, equipos

y aparatos de todo el sistema FV y de carga continua, deben ponerse a tierra[690-43, 250 E, 720-1 & 10].

Todos los sistemas FV, independientemente de la corriente, deben tener unsistema de puesta a tierra de los equipos para las superficies metlicas accesibles(por ejemplo, el marco de los mdulos y la carcasa del inversor) [690-43].

El conductor de tierra deber dimensionarse como se exige en el Artculo 690-45o 250-95.

En general, esto significa dimensionar el conductor de puesta a tierra del equipo enbase al tamao del dispositivo de sobrecarga que protege cada conductor.

La Tabla 250-95 del NEC muestra los tamaos. Por ejemplo, si los conductoresque van desde el inversor a la batera estn protegidos por un fusible ointerruptor de 400 ampers, debe usarse un conductor de calibre no inferior a 3AWG para la puesta a tierra del equipo de ese circuito [Tabla 250-95].

Si los conductores portadores de corriente se han sobredimensionado para reducir

la cada de tensin, entonces el tamao del conductor de proteccin de los equiposdebe ajustarse segn [250-95]. Si las corrientes de cortocircuito del sistema FV son inferiores al doble de las

especificadas para un dispositivo de sobrecorriente para los circuitos del mismo,deben usarse conductores de proteccin de los equipos del mismo tamao que losconductores portadores de corriente del sistema FV [690-45].

En otros casos, se aplica la Tabla 250-95 del NEC.

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Puesta a Tierra del Equipo paraInversores no Homologados Muchos inversores no homologados no estn preparados para cumplir

las exigencias del NEC en la cuestin de puesta a tierra. Se

recomienda que se raspe la pintura de uno de los agujeros empleadospara montar el inversor y se use el tornillo de montaje con arandelasde cierre dentadas, para conectar el conductor de puesta a tierradel equipo.

Si el inversor tiene la carcasa conectada al terminal negativo, se

puede usar el terminal negativo de entrada para la puesta a tierradel equipo y del sistema. Debe dimensionarse adecuadamente elconductor [250-95].

En algunos inversores homologados slo est previsto un pequeoconductor de puesta a tierra del equipo, en el lado de alterna. Este

conductor probablemente se volatilizara si el falla a tierra ocurrieraen el lado de continua del cableado. Se recomienda que sedimensione el conductor de puesta a tierra del equipo para laentrada en continua.


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Salidas Alternas del Inversor La salida del inversor (120 o 240 volts) debe conectarse al sistema de distribucin de

corriente alterna de manera que no cree caminos paralelos de puesta a tierra. El NECexige que tanto el conductor verde de puesta a tierra del equipo como el conductorneutro de color blanco, se pongan a tierra.

El NEC tambin exige que en condiciones normales no fluya corriente por losconductores verdes. Si el inversor dispone de salidas para la puesta a tierra enalterna, es muy probable que los conductores neutro y de proteccin se conecten a lacarcasa y, por tanto, se pongan a tierra dentro del inversor.

Esta configuracin permite el uso seguro de dispositivos enchufables. Sin embargo, silas salidas del inversor se conectan a un centro de carga alterna (no se recomienda)usado como un dispositivo de distribucin, pueden surgir problemas.

El centro de carga alterna suele tener los conductores de proteccin de los equipos yel neutro conectados a la misma barra que se conecta a la carcasa, donde se ponen atierra.

Se crean caminos paralelos a tierra con corrientes neutras circulando por losconductores de proteccin de los equipos. Este problema se puede evitar usando uncentro de carga con una barra neutra aislada de la de proteccin de los equipos.

Los inversores con salidas conectadas directamente pueden o no tener conexionesinternas. Algunos inversores con interruptores de falla a tierra (GFCIs) para lassalidas, deben conectarse de manera que permitan el funcionamiento correcto del

GFCI. Es necesario un anlisis caso por caso.


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Generadores de Apoyo Los generadores de apoyo usados para la carga de las

bateras plantean problemas similares al uso de inversores y

centros de carga.

Estos pequeos generadores suelen tener tomas de alternacon los conductores neutro y de tierra unidos a la estructuradel generador. Cuando se conecta el generador al sistema a

travs de un centro de carga, a un inversor en reposo con uncargador de bateras, o a un cargador de bateras externo,es probable que aparezcan caminos paralelos a tierra.

Estos problemas deben tratarse caso por caso. Un sistema

FV, en cualquier modo de operacin, no debe tenercorrientes circulando por los conductores de puesta a tierrade los equipos [250-21].

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Electrodo de TierraEl electrodo de tierra del sistema en CC debe ser comn, o estar conectadoal electrodo de tierra en CA (si existe) [690-47, 250-H].

Los conductores de tierra del sistema y de los equipos deben estarconectados al mismo electrodo de tierra o sistema de electrodos de tierra.Aunque el sistema FV no est puesto a tierra ( opcional para tensiones >50V), el conductor de proteccin de los equipos debe conectarse alelectrodo de tierra [250-50].

En algunas circunstancias pueden usarse las tuberas metlicas de agua uotras estructuras metlicas, al igual que los electrodos enterrados en elhormign [250-81, 250-83].

Cuando se use electrodo de tierra, ste debe consistir en una varillaresistente a la corrosin, con un dimetro mnimo de 5/8,con al menos 3menterrados en el suelo y formando un ngulo con la vertical no superior a450[250-83].

Deben usarse conectores homologados para conectar el conductor de tierraal electrodo. La cubierta metlica de un pozo es un buen electrodo detierra. Podra ser parte de un sistema de electrodos de tierra. No deberausarse la tubera central que va al pozo como toma de tierra, porque

algunas veces se quita para el mantenimiento.

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Para tener mayor proteccin contra las sobrecargas inducidas por los rayos, serecomienda usar un sistema de electrodos de tierra, con al menos dos electrodosunidos entre si. Un electrodo sera el electrodo principal del sistema de tierra,

como se describi antes. El otro sera un electrodo de tierra suplementario, situadolo ms cerca posible del sistema FV. Los marcos de los mdulos y la estructura delsistema se conectaran a este electrodo para que las sobrecargas inducidas por losrayos tuvieran un camino a tierra lo ms corto posible. Este electrodo debe unirsecon un conductor al electrodo principal del sistema de puesta a tierra [250-81].

El tamao del cable de unin debe escogerse en relacin con la ampacidad del

limitador de corriente que protege los circuitos fuente del sistema FV. Este cablede unin sirve de complemento a la puesta a tierra de la estructura de los mdulos,que debe hacerse mediante un conductor de proteccin de los equipos.

En la Tabla 250-95 se muestran las especificaciones. Los conductores de proteccinde los equipos pueden ser ms pequeos que los conductores del circuito, cuandoestos son muy grandes.

En el Artculo 250 del NEC se desarrollan estas especificaciones. No conectar enlos mdulos el conductor activo negativo al electrodo de tierra, al conductor deproteccin de los equipos, o a la estructura.

Debera haber slo un punto donde se uniese el conductor del electrodo de tierracon el conductor de tierra del sistema. En la Figura 9 se aclara esto. Los tamaos

de los cables son slo un ejemplo y variarn en funcin del tamao del sistema. ElCa tulo 3 del NEC es ecifica la am acidad de varios ti os y tamaos de

Electrodo de Tierra

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Figura 9. Ejemplo de Sistema deElectrodo de Tierra


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Ampacidad de los conductores Los mdulos fotovoltaicos tienen una capacidad limitada para entregar corriente. La

corriente de cortocircuito del mdulo es de 10 a 15 % de la corriente defuncionamiento. Los valores diarios de irradiacin solar pueden exceder los 1000

W/m2. Para el clculo de ampacidad de los conductores hay que tener en cuenta esteaumento de corriente. de Los conductores pueden verse sometidos a temperaturas de 65- 75C cuando los

mdulos estn montados cerca de una estructura, no hace viento y la temperaturaambiente es elevada. Los valores de temperatura en las cajas de conexin del mdulosuelen estar en este rango. Debido a esto, hay que disminuir la ampacidad de losconductores o corregirla con factores que figuran en las Tablas del NEC 310-16 o310-17.

Por ejemplo, el cable monofsico USE/RWH-2 calibre 10 utilizado bajo tubo para lasinterconexiones del mdulo, tiene un aislamiento para 90C y una ampacidad de 40ampers para una temperatura ambiente de 26-30C. Cuando se usa a temperaturasambiente de 61-70C, la ampacidad de este cable se reduce a 23.2 ampers.

Los valores de ampacidad asociados con los conductores de aislamiento para 90C,slo se pueden usar si los terminales del mdulo estn especificados para 90C[110-14(c)]. Si los terminales se especifican para 75C, entonces deben usarse losvalores de ampacidad asociados con el aislamiento para 75C, aunque se usenconductores con aislamiento para 90C.

La ampacidad de los conductores de los circuitos fuente del sistema FV debe ser almenos el 125% de la corriente de cortocircuito del mdulo o mdulos en paralelo[690- 8].

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Ampacidad de los conductores

Los dems conductores del sistema deberan tener una ampacidad del 125%de la corriente de operacin, para permitir el funcionamiento prolongado a

plena potencia [220-3(a)]. Con estas exigencias del NEC se asegura que losdispositivos de sobrecorriente o cuadros de mando, funcionan a menos del80% de su ampacidad.

Hay que revisar la ampacidad cuando se prevn salidas del sistema FV porencima de lo normal, debido a la presencia de nieve o nubes. En muchoslugares, los valores diarios esperados de irradiacin superan el valor

estndar de 1000 W/m2. La revisin del estndar UL 1703 de 1989, para mdulos fotovoltaicos,

exige que las instrucciones de instalacin de los mdulos incluyan unincremento del 25% en las especificaciones de corriente de cortocircuito ytensin a circuito abierto para 25C, en previsin de picos de irradiacin ytemperaturas ms fras. El diseo correcto implica el dimensionado correctodel cableado y de la capacidad de los limitadores de corriente en loscircuitos fuente y de salida del sistema FV. Sin embargo, la capacidad delos limitadores de corriente debera ser siempre menor o igual que laampacidad del cable. El NEC hace slo algunas excepciones a esta regla[240-3].

Sistemas Autnmos Inversores


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Sistemas Autnmos- Inversores

En sistemas autnomos, los inversores se utilizan para cambiar la corriente continua(cd) del banco de bateras a corriente alterna (ca) de 120 o 140 volts y 60 Hz. Losconductores entre el inversor y la batera deben tener mecanismos de desconexin yproteccin contra sobrecorriente dimensionados de forma apropiada [240, 690-8(b)(4),-15].

Estos inversores suelen soportar sobrecargas de corta duracin (decenas de segundos)que son de 4 a 6 veces mayores que la salida nominal. Por ejemplo, un inversor de 2500 vatios puede verse sometido a una sobrecarga de 10 000 volt-amperios durante 5segundos cuando se arranca un motor. El NEC exige que la ampacidad de los

conductores entre la batera y el inversor se adecue a los 2 500 vatios de salida delinversor. Por ejemplo, en un sistema de 24 voltios, un inversor de 2 500 vatiosentregara 105 amperios a plena carga (100% de eficiencia a 24 voltios) y 420 amperiospara las sobrecargas del arranque de motores. La ampacidad de los conductores entrela batera y el inversor debe ser el 125% de los 105 amperios, o 131 amperios demotores. La ampacidad de los conductores entre la batera y el inversor debe ser el125% de los 105 amperios, o 131 amperios.

Para minimizar las cadas de tensin en estado estacionario, tener en cuenta las cadasde tensin debidas a las sobretensiones y aumentar la eficiencia, la mayora de lossistemas bien diseados tienen conductores varias veces mayores que los requeridos porel NEC.

Cuando se sobredimensionan los conductores portadores de corriente, el conductor depuesta a tierra de los equipos tambin debe sobredimensionarse proporcionalmente

[250-95].

Si t A t I


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Sistemas Autnmos- Inversores

Cuando el banco de bateras tiene toma intermedia para proporcionar mltiplestensiones (es decir, 12 y 24 volts de un banco de bateras de 24 volts), el

conductor negativo comn conduce la suma de todas las corrientes de cargasimultneas. El conductor negativo debe tener una ampacidad al menos igual a lasuma de todas las capacidades de los dispositivos que protegen a los conductorespositivos, o tener una ampacidad igual a la suma de las ampacidades de losconductores positivos [690-8(c)].

El NEC no permite poner en paralelo varios conductores para aumentar la

ampacidad, excepto los cables de calibre 1/0 AWG o superior, que se puedenponer en paralelo bajo ciertas condiciones [310-4].

El coste de los interruptores, limitadores de corriente y conductores decontinua, aumenta de forma significativa cuando tienen que soportar ms de 100ampers.

Se recomienda dividir los campos FV grandes en subcampos, teniendo cada unouna corriente de cortocircuito inferior a 64 amperios. Esto permitir usarequipo especificado para 100 amperios (156% de 64 amperios) en cada circuitofuente.


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C id d


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Debido a que las corrientes de salida de los mdulos sonlimitadas, estos limitadores de corriente protegen al

cableado del sistema FV contra cortocircuitos de la baterao del sistema de acondicionamiento de potencia.

A menudo, los mdulos FV o las filas de mdulos en serie seconectan en paralelo. Como el tamao del conductor usado

en el cableado del sistema FV aumenta para adaptarse a lamxima corriente de cortocircuito de los mdulosconectados en paralelo.

Estos dispositivos deben colocarse lo ms cerca posible de

todas las fuentes posibles sobrecarga para ese conductor[240-21].

Capacidad


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Figura 10. Proteccin tpica de los conductores del sistema contrasobrecargas (con desconectores opcionales para los sub sistemas)


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Figura 11. Cortacircuitos Homologados paraCircuitos Ramales

Ci it R l


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Circuitos RamalesEn los sistemas autnomos, los circuitos ramales de CC empiezan en la batera y van

hasta los receptculos donde se conectan las cargas de CC o hasta las cargas deconexin directas. En los sistemas conectados directamente, los circuitos de salida vanhasta el controlador de potencia o interruptor principal de potencia y un circuito ramalva desde estos hasta la carga. En los sistemas conectados a la red, el circuito entre elinversor y el centro de carga alterna puede considerarse un circuito de alimentacin.

Los fusibles usados para proteger los circuitos ramales de CC o CA, deben estarprobados y especificados para ese uso. Tambin deben tener tamaos y marcasdiferentes para cada grupo de corriente y tensin, para impedir el intercambio fortuito

[240F].Se est extendiendo el uso de fusibles especificados para CC que cumplen las

exigencias del NEC. En la Figura 12 se muestran, a la izquierda, fusibles con retardode tiempo, especificados para CC y homologados por UL, que son aceptables para el usoen circuitos ramales, que incluiran el fusible de la batera.

A la derecha se muestran fusibles rpidos suplementarios, homologados por UL,especificados para CC y aceptables, que se pueden usar en los circuitos fuente delsistema FV. Los fusibles mostrados los fabrica Littlefuse y los soportes para losfusibles son de Marathon. Otros fabricantes como Bussman y Goulg estn obteniendolas especificaciones de CC, homologadas por UL, en los tipos de fusibles que senecesitan en los sistemas FV. Estas exigencias particulares eliminan el uso de fusiblesde cristal, cermica y los de plstico usados en automocin, como limitadores decorriente en los circuitos ramales porque no se han probado ni especificado para esta

aplicacin.


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Figura 12. Fusibles Homologados Suplementarios ypara Circuitos Ramales

Circuitos Ramales


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Los fusibles usados en sistemas autnomos no estn especificados para CC porla industria o los laboratorios de ensayo y no deberan usarse en sistemas FV.

Cuando vienen especificados por el fabricante, slo soportan un mximo de 32volts, que es menos que la tensin en circuito abierto de un sistema FV de 24volts. Ms an, estos fusibles no tienen especificacin para interrumpircorriente, ni suelen estar marcados con toda la informacin requerida para losfusibles de circuitos ramales.

No se consideran fusibles suplementarios por los programas de homologacin ULo de reconocimiento de componentes.

En la Figura 13 se muestran, a la izquierda, fusibles de automocininaceptables y fusibles suplementarios homologados, a la derecha.

Desafortunadamente, incluso los fusibles suplementarios se destinan al uso enCA y no suelen tener especificaciones para CC.

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Figura 13. Fusibles no Aceptados (a la izquierda)y Aceptados

(cuando se especifican para CD) (a la derecha)

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Circuitos ramales

Los interruptores tienen requerimientos especficos cuando seusan en circuitos ramales, disponibles en las especificacionespara CC [240 G].

En la Figura 14 se muestran, a la izquierda, ejemplos deinterruptores (suplementarios) reconocidos por UL y para CC.Se pueden usar en los circuitos fuente del sistema FV como

desconectores y limitadores de corriente, pero no sondispositivos homologados y puede que el inspector no lospermita.

Los interruptores mostrados estn hechos por Square D y

Heinemenn.Airpax tambin produce cortacircuitos homologados por UL, yPotter Brumfield y otros producen interruptoressuplementarios para continua y reconocidos por UL.


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Figura 14. Cortacircuitos Homologados yReconocidos

por UL


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Nota:

Para proporcionar la mxima proteccin y mayorrendimiento (mnima cada de tensin) en loscircuitos ramales (particularmente en los sistemasde 12 y 24 volts), la ampacidad de los conductoresdebera aumentarse, pero la capacidad de loslimitadores de corriente que protegen ese cabledebera ser la menor posible, en concordancia conlas corrientes de carga.

Una frmula general para la ampacidad del cable yla capacidad del limitador de corriente es el 100%de las cargas no continuadas y el 125% de las

cargas continuadas previstas [220].

Fusibles de los Circuitos


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Fusibles de los Circuitos

El NEC permite usar fusibles suplementarios en los circuitos fuentedel sistema FV [690- 9(c)].

Un fusible suplementario es aquel que se usa con equiposhomologados. Estos fusibles complementan el fusible principal delcircuito de alimentacin y estn sometidos en [690-9d].

Fusibles Limitadores de Corriente Sistemas autnomos

Estos fusibles estn disponibles con especificaciones UL de 125, 300y 600 voltios de continua, corrientes de 0.1 a 600 ampers y poderde corte en CC de 20 000 ampers.

Se clasifican como fusibles limitadores de corriente RK5 o RK1 ydeberan utilizarse en los desconectadores con fusibles con portafusibles de Clase R o especificados para CC.

Limitadores de Corrientei C d l R d


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Limitadores de CorrienteSistemas Conectados a la Red

La prctica normal de instalaciones elctricas exige que el

equipo de entrada del servicio tenga dispositivos deproteccin contra fallas de corriente que puedan interrumpirlas posibles corrientes de cortocircuito [230-65, 208].

Mantenimiento de los Fusibles

Se recomienda el uso de un desconectador con fusible extraibleo un cortacircuitonterruptor. Para los circuitos de carga debateras y de consumos en CC, se recomienda que se use un

fusible limitador de corriente en la batera, con un interruptorsituado entre la batera y el fusible limitador.

Se pueden usar interruptores para el resto de los dispositivoscontra sobrecargas en los circuitos, protegidos por un limitadorde corriente.

Desconectadores del Sistema


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Desconectadores del SistemaFotovoltaico

El Artculo 690 exige que todos los conductores

portadores de corriente que parten de la fuentede potencia FV estn provistos de unadesconexin. Esto incluye al conductor puesto atierra, si existe [690-13, 14; 230 F].

En un sistema FV de 12 o 24 voltios, aislado detierra, tanto el conductor positivo como elnegativo deben llevar un interruptor, ya queninguno est puesto a tierra.


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Desconexin de la Batera


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Desconexin de la Batera

Figura 15. Desconectores en un Sistema Pequeo

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Figura 16. Desconectores de Bateraindependientes

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Figura 17. Desconectador del Regulador deCarga


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GENERADORES


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GENERADORES

Los cortacircuitos o fusibles incluidos en el generador noson suficientes para proporcionar la proteccin de losconductores desde el generador hasta el sistemaFV,exigida por el NEC.

Debe colocarse un dispositivo limitador de corrienteexterno (especificado para circuitos ramales) cerca del

generador. Los conductores desde el generador hasta este limitador

deben tener una ampacidad del 115% de la corrientenominal del generador [445-5].

En la Figura 18 se muestra un diagrama tpico de unsistema con un generador de apoyo.


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Figura 20. Centro de Carga de 12 V DC


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Figura 22. Configuraciones de Enchufe

Cableado Mltiple de los CircuitosRamales


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pRamalesEn sistemas donde los circuitos ramales con cableado mltiple useninversores de (120/240 volts), debera colocar un aviso cerca de los

inversores, advirtiendo que el uso de uno solo puede causar lasobrecarga de los circuitos. La corriente mxima del inversor tieneque limitarse a la ampacidad del conductor neutro comn.

Figura 23. Diagrama de un Circuito Ramalcon Cableado Mltiple

Etiquetas y avisos del sistema


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Fuente de Potencia Fotovoltaica

Debe colocarse una etiqueta permanente cerca deldesconectador del campo FV que contenga la siguienteinformacin: [690-52].

Corriente de Funcionamiento (Corriente del sistema en el

punto de mxima potencia) Tensin de Funcionamiento (Tensin del sistema en el

punto de mxima potencia)

Tensin a Circuito Abierto


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Fusibles para CC


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p Los siguientes fusibles se pueden usar para proteccin contra

sobrecara y limitacin de corriente en los circuitos de la batera yalimentacin. Si se prevn transitorios en los circuitos FV, estosfusibles tambin se pueden usar en esos lugares.

Fusibles para CC


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Los siguientes fusibles tendran que usarse para la proteccin de loscircuitos fuente del sistema FV si no se prevn problemas con los

transitorios. Tambin se pueden usar dentro de los paneles decontrol para proteger los rels y otros equipos.

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Diodos de Bloqueo


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Aunque los diodos de bloqueo no son dispositivoslimitadores de corriente, en algunos casosbloquean la corriente en los circuitos de CC yayudan a controlar las corrientes de puesta atierra, si se usan en ambos extremos de las lneasde alta tensin.

Los diodos detienen en gran medida las sobrecargainducidas por los rayos. Si se usan diodos conaislamiento hay que proporcionar al menos 3500

voltios de aislamiento entre los elementos activosy el disipador de calor puesto normalmente atierra.

Capacidad de los Equipos


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Figura D-1.Sistema Tpico Bifsico con Falla

Ejemplo 1 Sistema Autnomo deIluminacin


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IluminacinDatos Generales:

Tamao del sistema: 4 mdulos de 12 V y 64 W Isc = 4 A, Voc = 21.3 V Bateras: 200 Ah a 24 V Carga: 60 W a 24 V

Los mdulos van colocados en la parte superior de un poste de

20 pies de alto con la lmpara halgena.Los mdulos se conectan en serie y paralelo para conseguir los24 V del sistema. La lmpara, con un balasto electrnico y untemporizador / controlador, consume 60 W a 24 V.

Las bateras, interruptores, controlador de carga y limitadoresde corriente, se colocan en una caja en la parte inferior delposte.

El sistema se pone a tierra como se muestra en la Figura E-3.


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Clculos


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La corriente de cortocircuito del sistema son 8 ampers (2 x 4).125% (UL): 1.25 x 8 = 10 A125% (NEC): 1.25 x 10 = 12.5 ACorriente de carga: 60 / 24 = 2.5 A125% (NEC): 1.25 x 2.5 = 3.1 A

Se escoge el cable USE-2 de calibre 10 AWG para las interconexiones de losmdulos, se coloca bajo tubo en los mdulos y luego se lleva por dentro del poste.

Los mdulos trabajan a 61-70C, lo que exige que se disminuya la ampacidad delos cables de los mdulos, por efecto de la temperatura. El cable USE-2 decalibre 10 AWG tiene una ampacidad de 40 A, a 30C y bajo tubo. El factor decorreccin es 0.58. La ampacidad disminuida por efecto de la temperatura es 23.2A (40 x 0.58), lo que supera los 10 A requeridos. Comprobando el cable con unaislamiento de 75C, la ampacidad al final del fusible es 35 A, lo que supera los10 A requeridos. Este cable se puede proteger con un fusible o un cortacircuito de15 A (el 125% de 10 es 12.5).

Un limitador de corriente especificado para 100 A o menos, slo puede tener susterminales especificados para 60C, no para los 75C usados en este ejemplo.Puede que sea necesario hacer clculos para una temperatura ms baja.

El mismo cable USE-2 de calibre 10 AWG se escoge para el resto del cableado delsistema, porque tiene la ampacidad necesaria para cada circuito.

Ejemplo 2 Sistema CD Autnomo


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Ejemplo 2 Sistema CD AutnomoDatos generales:

Tamao del campo: 6 mdulos de 12 V y 75 W Isc = 4.89 A, Voc=22 V Bateras: 700 Ah a 12 V Carga: 75 W pico a 12 V dc

DescripcinLos mdulos estn situados sobre una estructura en una colina detrs de lacasa.Se usa un tubo no metlico para llevar los cables desde la estructura hasta elpanel de control.En un porche trasero se colocan un desconectador y el panel de control y lasbateras estn en una caja aislada bajo el porche. Todas las cargas son de

corriente continua, con una potencia pico total de 75 vatios a 12 voltiosdebida, principalmente, a una bomba de presin en el suministro del agua poraccin de la gravedad.

El banco de bateras consta de cuatro bateras de ciclo profundo de 350 Ah y6 V, conectadas en serie y paralelo.

En la Figura E-4 se muestra el esquema del sistema.


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Figura E-4. Sistema Autnomo CD enCabaa Aislada

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La corriente de cortocircuito del campo es 28.8 A (6 x 4.8).

125% (UL): 1.25 x 28.8 = 36 A125% (NEC): 1.25 x 36.0 = 45 A

El cableado de interconexin de los mdulos y el cableado hasta unacaja de conexiones situada en la estructura funcionar a 65C.

Si se escoge cable USE-2 con aislamiento de 90C, el factor dedisminucin por temperatura ser 0.58.

La ampacidad requerida del cable a 30C es 62 A (36/0.85), que sepueden manejar con cable del calibre 8 AWG que tiene una ampacidadal aire y a 30C, de 80 A.

A la inversa, la ampacidad del cable de calibre 8 AWG es 46.4 A (80x 0.58) a 65C, que supera los 36 A requeridos.

Ejemplo 2 Sistema Residencial Autnomode Pequeo Tamao


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de Pequeo Tamao

Descripcin

Los mdulos FV van sobre el tejado. Se usa cable monofsico para conectar losmdulos a una caja de conexiones situada en el tejado. Se usa cable UF bipolaraislado desde el tejado hasta el centro de control.

Se proporciona proteccin fsica al cable UF cuando es necesario (barreras demadera o tubos). El centro de control, cuyo esquema se muestra en la Figura

E-5, contiene los dispositivos de E-11 desconexin y proteccin contrasobrecarga del sistema FV, las bateras, el inversor y el controlador de carga.

Datos generales:

Tamao del sistema: 10 mdulos de 12 V y 51 W Isc = 3.25 A, Voc = 20.7 V Bateras: 800 Ah a 12 V Cargas: 5 A dc y un inversor de 500 W con una eficiencia del 90%


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Figura E-5. Pequeo Sistema ResidencialAutnomo

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La corriente de cortocircuito de cada mdulo es 3.25 A.125% (UL): 1.25 x 3.25 = 4.06 A

125% (NEC): 1.25 x 4.06 = 5.08 A por mduloLa temperatura de operacin de los mdulos es 68C.

El factor de disminucin de ampacidad para el cable USE-2 es 0.58 a61-70C.El cable nmero 14 tiene una ampacidad a 68C de 20.3 A (0.58 x 35)

(el fusible mayor es de 15 A vanse las anotaciones en la parteinferior de las Tablas 310-16 & 17).

El cable nmero 12 tiene una ampacidad a 68C de 23.2 A (0.58 x 40)(el fusible mayor es de 20 A).

El cable nmero 10 tiene una ampacidad a 68C de 31.9 A (0.58 x 55)(el fusible mayor es de 30 A).

El cable nmero 8 tiene una ampacidad a 68C de 46.43 A.


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Gracias

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