Seguridad contra incendios de las cajas de conexión solar: ¿qué es lo que realmente evita que se produzca un incendio?

La mayoría de los incendios en instalaciones solares no se deben a fallos en los paneles durante el día. Se originan en el cableado entre el campo fotovoltaico y el inversor, y la caja de combinación es donde se concentra, se conecta y se protege con fusibles dicho cableado. Dado que los circuitos fotovoltaicos permanecen bajo tensión siempre que el campo fotovoltaico está iluminado, un fallo en ese punto no se resuelve por sí solo como ocurre con un fallo en la corriente alterna. Entender por qué ocurre esto es el primer paso para evitarlo en el diseño.

Este artículo analiza la seguridad contra incendios de una caja combinadora solar desde un punto de vista técnico: qué es lo que realmente se inflama, qué partes de la carcasa son importantes, qué exigen las normativas y qué hay que especificar y comprobar in situ.

Por qué una caja de derivación supone un riesgo de incendio

Una caja combinadora agrupa varias cadenas de corriente continua en una sola salida. Esto significa que es el punto del sistema de corriente continua donde se concentra la mayor densidad de corriente, en el espacio más reducido y con el mayor número de conexiones. Hay tres características que hacen que las averías en este punto sean más graves que en cualquier otro:

• Los arcos de corriente continua no se apagan por sí solos. La corriente alterna pasa por el punto cero dos veces por ciclo, lo que contribuye a que el arco se apague. La corriente continua no pasa por el punto cero, por lo que un arco que se ha formado sigue ardiendo hasta que se abre físicamente el circuito.
• El sistema no se puede apagar. A diferencia de una instalación de CA, no hay ningún interruptor en la línea de alimentación que desconecte los módulos. Al abrir la caja combinadora para realizar tareas de mantenimiento, no se elimina la tensión de los terminales de entrada de las cadenas.
• Las averías suelen ser averías en serie. Un borne suelto o un portafusibles corroído añaden resistencia en serie con la cadena. El resultado es un calentamiento local en lugar de un cortocircuito claro, por lo que es posible que un dispositivo de protección contra sobrecorriente nunca se active.

Las cuatro vías de ignición realistas

En la práctica, los incendios en las cajas de conexión se deben a un número reducido de causas. Cada una de ellas requiere una estrategia de prevención diferente.

1. Conexiones sueltas o oxidadas

Un terminal apretado con un par insuficiente presenta una mayor resistencia de contacto. Bajo carga, se calienta, el metal se expande, la unión se afloja aún más y el ciclo se acelera. Los ciclos térmicos entre el día y la noche provocan el mismo proceso, incluso cuando el par de apriete inicial era el correcto. Por eso, los valores de par de apriete, una herramienta calibrada y una nueva comprobación durante la puesta en servicio son más importantes que la marca del bloque de terminales.

2. Fallos en los fusibles y los interruptores automáticos

Los fusibles en cadena protegen contra la corriente inversa procedente del resto del conjunto de paneles. Si un portafusibles presenta un mal contacto, o si se sustituye un fusible por otro con una intensidad nominal incorrecta, el portafusibles se convierte en el punto más caliente de la caja. Deben utilizarse fusibles y portafusibles homologados para corriente continua; un fusible homologado para corriente alterna no interrumpe de forma fiable un arco de corriente continua.

3. Dispositivos de protección contra sobretensiones al final de su vida útil

Un SPD absorbe las sobretensiones hasta que sus componentes se deterioran. Un dispositivo de calidad se desconecta térmicamente al final de su vida útil y muestra una ventana de estado. Un dispositivo que no cuente con esa desconexión térmica puede provocar un cortocircuito y sobrecalentarse dentro de la caja. Especificar un SPD con un indicador de estado visible e incluirlo en el programa de mantenimiento elimina un modo de fallo que, de otro modo, pasaría desapercibido.

4. Entrada de agua y corrosión

La humedad en el interior de la caja ataca los terminales y las barras colectoras, y el agua estancada puede crear puentes entre las distancias de aislamiento. Los puntos de entrada habituales son los prensaestopas que no se ajustaban al diámetro del cable, una junta comprimida por una puerta apretada en exceso o un sistema de ventilación/drenaje que se omitió al dar por hecho que la caja era estanca. El grado de protección IP65 es el mínimo para instalaciones de corriente continua al aire libre; en zonas costeras y de lavado, se recomienda el grado IP66.

Lo que realmente exigen las normas

Los requisitos varían según el mercado, pero la orientación es la misma: detectar los arcos eléctricos, contenerlos y facilitar su aislamiento.

• NEC 690.11 exige la instalación de un dispositivo de protección contra fallos de arco (AFCI) para los circuitos de corriente continua fotovoltaicos de los edificios con una tensión igual o superior a 80 V, siempre que dicho AFCI esté homologado para uso fotovoltaico.
• NEC 690.12 contempla el apagado rápido, limitando la tensión de los conductores fuera de los límites de la matriz para garantizar la seguridad de los equipos de primera intervención.
• IEC 62548 establece los requisitos de diseño para los parques fotovoltaicos, incluidas las medidas de protección y aislamiento.
• IEC 60529 es la clasificación IP con la que se ha probado realmente la carcasa; el número que figura en la ficha técnica debería hacer referencia a ella.

Cuando se requiera un AFCI, el sistema de detección de arcos puede estar ubicado en la caja de combinación o en el inversor, dependiendo de la arquitectura. Si se encuentra en la caja, el dispositivo necesita espacio, una fuente de alimentación y una rutina de comprobación incluida en el plan de mantenimiento.

Por qué es importante el material de la carcasa

La contención es la última línea de defensa. Una carcasa de acero o acero inoxidable es incombustible: no alimentará un fallo interno y mantiene las llamas y el material fundido en su interior el tiempo suficiente para que se detecte el fallo. Una carcasa termoplástica puede ablandarse y colapsar a las temperaturas que genera un arco de corriente continua.

La elección del material también influye en el riesgo a largo plazo. El acero galvanizado con recubrimiento en polvo es adecuado para la mayoría de las instalaciones del interior; el acero inoxidable es la opción más práctica para entornos costeros, químicos y de alta humedad, en los que una superficie recubierta se corroería y dejaría al descubierto el metal. Las ventajas e inconvenientes de cada tipo de acero se tratan en nuestra guía sobre armarios de acero inoxidable.

Una lista de comprobación práctica para la inspección

La mayoría de estas comprobaciones solo llevan unos minutos y permiten detectar los fallos que provocan incendios.

• Análisis térmico de los terminales, los portafusibles y las conexiones de los dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) bajo carga: hay que buscar un punto caliente en relación con los polos adyacentes, no una temperatura absoluta.
• Vuelva a apretar las conexiones de entrada y salida al par especificado por el fabricante durante la puesta en servicio y en la primera revisión anual.
• Comprueba la ventana de estado del SPD y sustituye el cartucho cuando haya llegado al final de su vida útil, no cuando se produzca el próximo fallo.
• Comprueba que las dimensiones de los prensaestopas se ajusten a los diámetros de los cables y que las entradas que no se utilicen estén tapadas con los tapones adecuados.
• Comprueba si las juntas presentan deformación permanente por compresión y asegúrate de que la puerta siga cerrándose hasta el tope sin necesidad de ejercer fuerza.
• Comprueba el etiquetado: los números de serie, la polaridad y la advertencia de peligro de corriente continua deben seguir siendo legibles incluso después de años de exposición al aire libre.
• Comprueba que se complete la autocomprobación del AFCI (si está instalado) y anota el resultado.

Qué hay que indicar en la orden de compra

La seguridad contra incendios se decide en gran medida antes de construir la caja. Hay cinco puntos que conviene incluir en el pliego de condiciones:

• Fusibles y portafusibles para corriente continua, con la potencia nominal indicada por cadena.
• SPD con desconexión térmica y un indicador de estado visible.
• El material de la carcasa y el grado de protección IP dependen del entorno de instalación, según lo establecido en la norma IEC 60529.
• Diseño interno que deja espacio para un AFCI o para dispositivos de monitorización, en caso de que se puedan añadir más adelante.
• Valores de par documentados y un esquema de bornes suministrados con la unidad.

Los aspectos relacionados con la carcasa de estas decisiones —calidad del acero, recubrimiento, disposición de las placas de sellado y número de hilos— se detallan en nuestro cajas de conexión fotovoltaicas Guía de selección, en la que se recoge la gama EWJ-PV, con entre 2 y 36 cadenas de entrada.

Preguntas frecuentes

¿Es necesario que una caja de derivación cuente con un AFCI?

Depende de la normativa aplicable a la instalación. Según la norma NEC 690.11, los circuitos fotovoltaicos de corriente continua en edificios con una tensión igual o superior a 80 V deben contar con protección contra fallos de arco, que puede estar situada en la caja de combinación o en el inversor. En los mercados donde no existe ese requisito, el uso de un AFCI es una elección técnica más que una obligación legal, pero el riesgo subyacente no varía.

¿Es una carcasa metálica más segura que una de plástico?

Para la contención de incendios, sí. El acero no arde y confina cualquier fallo dentro de la caja. Las cajas de termoplástico tienen su utilidad en instalaciones de baja tensión en interiores, pero no son adecuadas para una caja de corriente continua en exteriores, donde puede producirse un fallo de arco.

¿Se puede evitar un incendio en una caja combinadora únicamente con el mantenimiento?

No. El mantenimiento detecta las conexiones sueltas y los SPD deteriorados, que son las causas más habituales, pero no puede compensar la presencia de un fusible de CA en un circuito de CC ni una carcasa de plástico. El diseño y las especificaciones son lo primero; la inspección protege el diseño.

¿Qué índice de protección IP debe tener una caja combinadora para exteriores?

IP65 es el mínimo práctico: estanco al polvo y protegido contra chorros de agua. Especifica IP66 para emplazamientos costeros, montaje en bastidor abierto o cualquier lugar en el que se prevea el lavado con agua a presión o la presencia de chorros potentes. La clasificación debe indicarse según la norma IEC 60529 y poder verificarse mediante un informe de ensayo.

Reflexiones finales

La seguridad contra incendios en una caja combinadora no es una característica aislada. Es la suma de componentes aptos para corriente continua, un par de apriete adecuado, una carcasa capaz de contener un fallo y un procedimiento de inspección que detecte el deterioro antes de que provoque un incendio. La mayor parte de ello se decide en la fase de especificación; por eso, la forma más económica de reducir el riesgo es acertar con la orden de compra.

Lecturas relacionadas: Para qué sirve una caja de conexión solar, cómo funcionan conjuntamente los componentes, y Qué hay que tener en cuenta antes de comprar.