Cómo una planta fotovoltaica reduce el tiempo de inactividad de la cadena en un 60 % con un portafusibles de 1000 V CC

Antecedentes del cliente

Una planta fotovoltaica (PV) de 45 MW ubicada en una región desértica a gran altitud estaba experimentando fallas recurrentes en sus cajas combinadoras de CC. La instalación, operada por un productor de energía independiente que presta servicio a una red eléctrica regional, había estado en servicio durante seis años. Más de 1.400 circuitos de cadena alimentados en 28 cajas combinadoras, cada una de las cuales transporta hasta 1.000 V CC desde los paneles solares hasta los inversores centrales.

El equipo de operaciones de la planta enfrentó una presión cada vez mayor para reducir el tiempo de inactividad no programado a medida que el operador de la red local introdujo sanciones de disponibilidad más estrictas. Con temperaturas de verano superiores a los 45°C, el estrés térmico en los componentes de CC era severo.

¿Qué problemas enfrentó la planta fotovoltaica antes de la actualización?

Los portafusibles originales eran unidades genéricas clasificadas únicamente para 600 V CC. Eran de tamaño insuficiente para la configuración de cadena de 1000 V de la planta. Durante 18 meses, el equipo de operaciones registró 23 fallas en portafusibles en 11 cajas combinadoras.

Los síntomas eran consistentes: los clips del portafusibles perdieron la tensión del resorte después de repetidos ciclos térmicos, creando contactos de alta resistencia. A 1000 V CC, una mala conexión provocó calentamiento localizado y microarcos. En varios casos, el portafusibles se derritió y la caja combinadora tuvo que desconectarse para realizar reparaciones de emergencia. Cada incidente costó un promedio de $4,800 en pérdida de producción de energía, repuestos y mano de obra.

Los intentos anteriores de volver a apretar los clips y aplicar grasa conductora no resolvieron el problema. Después de una segunda fusión, el director de la planta ordenó una revisión completa de las especificaciones del portafusibles.

¿Por qué el operador eligió el portafusibles Soutya DC 1000V?

El equipo de ingeniería evaluó tres alternativas. El primero era un portafusibles de carril DIN estándar con capacidad para 1000 V CC, pero sus clips estaban hechos de una aleación de cobre de menor calidad que aún se corroería con el aire salado del desierto. La segunda opción era una solución patentada que requería cambiar toda la caja combinadora, lo que excedía el presupuesto de mantenimiento.

La tercera opción fue el portafusibles Soutya DC 1000V. Tres factores fueron decisivos:

• Clasificación explícita de 1000 V CC con un poder de corte probado que coincidía con la corriente de cortocircuito de la cadena fotovoltaica en condiciones IEC 60269-1.
• Clips de resorte helicoidales fabricados de acero inoxidable y cobre estañado, diseñados para mantener la presión de contacto en un rango de temperatura más amplio.
• Un cuerpo compacto que encaja en el diseño de la caja combinadora existente sin necesidad de volver a cablear. Esto redujo el riesgo de instalación y mantuvo bajos los costos de mano de obra.

El portafusibles Soutya también venía con una carcasa de nailon mate que resistía la degradación ultravioleta, un problema que había causado grietas frágiles en las unidades antiguas. El gerente de adquisiciones confirmó que Soutya proporcionó una garantía de tres años basada en el voltaje de CC real y los datos actuales de la planta.

¿Cómo se implementó el nuevo portafusibles?

La actualización se realizó en fases durante cuatro semanas, durante el período de mantenimiento de finales de invierno de la planta. El equipo de operaciones reemplazó 520 portafusibles por etapas, una caja combinadora a la vez, para evitar paradas generalizadas del sistema.

• Paso 1: El equipo de mantenimiento de la planta desenergizó una caja combinadora y verificó cero voltaje en los terminales de la cadena.
• Paso 2: Se retiraron todos los portafusibles existentes. Los técnicos documentaron el torque en los tornillos de los terminales y revisaron los clips de los fusibles para detectar signos de formación de arcos.
• Paso 3: Los nuevos portafusibles Soutya DC 1000V se montaron utilizando el riel DIN y los bloques de terminales existentes. La fuerza de inserción del fusible fue notablemente mayor, lo que redujo la probabilidad de desalineación.
• Paso 4: Cada circuito se probó con un probador de resistencia de aislamiento de CC y un indicador de condición de fusible antes de volver a energizarlo.
• Paso 5: El equipo de mantenimiento realizó un estudio de imágenes térmicas una semana después de que cada caja combinadora volviera a estar en servicio.

La única dificultad importante fue el reducido espacio para doblar los cables dentro de las cajas combinadoras. La orientación de los terminales del portafusibles de Soutya facilitó el enrutamiento de cables fotovoltaicos de 6 mm² sin forzar dobleces, por lo que el problema se resolvió en cuestión de horas.

¿Qué resultados cuantificables logró el operador?

Doce meses después de la actualización, el operador comparó los datos de rendimiento con los dos años anteriores al reemplazo.

• El tiempo de inactividad de la cadena debido a fallas en los portafusibles se redujo en un 60 %, de un promedio de 14 horas por mes a 5,5 horas.
• El costo de reemplazo del portafusibles cayó un 45%, de $2800 por trimestre a $1540. Esto incluía piezas, mano de obra y tiempo de inspección térmica.
• Los eventos de servicio de cajas combinadoras no planificados disminuyeron de 8 a 2 por año. Ningún portafusibles informó formación de arcos o fusión durante el
• El aumento medio de temperatura en los puntos de contacto del portafusibles disminuyó en 18°C, medido con una cámara de infrarrojos.

El director de la planta también señaló que la penalización por disponibilidad del operador de la red se redujo a cero en los tres últimos informes de liquidación mensuales. En un mercado estresado, esa mejora por sí sola justifica la inversión de 11.000 dólares en hardware.

Testimonio del cliente: ¿Qué dijo el director de mantenimiento?

"Perdimos la confianza en los portafusibles originales después de la segunda fusión. El portafusibles Soutya DC 1000V nos ha brindado una conexión confiable que podemos predecir. Los resultados de las imágenes térmicas son claros y mi equipo puede concentrarse en la limpieza y las comprobaciones de torque en lugar de reemplazos de emergencia", afirmó el director de mantenimiento de la planta.

Lecciones y recomendaciones para otros operadores de sistemas de energía CC

Para los equipos de operaciones que gestionan circuitos de CC de 1000 V en plantas solares, sistemas de almacenamiento o redes de CC industriales, el proyecto ofreció tres conclusiones prácticas.

1. Siempre verifique el voltaje CC real y la corriente de falla del circuito antes de seleccionar un portafusibles. Un soporte con clasificación de 600 V en un sistema de 1000 V es un peligro, independientemente de qué tan bien encaje mecánicamente.
2. Verifique el material del clip del fusible y el diseño del resorte. La presión de contacto de alta calidad es la defensa más importante contra el sobrecalentamiento en altos voltajes de CC.
3. Al modernizar cajas combinadoras existentes, elija un portafusibles que se monte en el riel existente y no requiera reemplazar los bloques de terminales. El portafusibles Soutya funcionó exactamente según sus especificaciones y el proyecto se completó antes de lo previsto.

Si la planta volviera a hacer esto, la única mejora sería reemplazar los portafusibles antes, durante la puesta en servicio inicial del equipo. El costo de la prevención fue un tercio del costo de las dos primeras reparaciones de emergencia.

Referencias

[1] CEI 60269-1. Fusibles de baja tensión - Parte 1: Requisitos generales [S]. 2020.https://webstore.iec.ch/publication/62496

[2] Características de envejecimiento de los electrodos de contacto de interruptores de CC de baja tensión [J]. Energías, 2021, 14(20): 6838.https://doi.org/10.3390/es14206838