(19) El fusible en instalaciones solares

[Gabriel_2018]

El fusible es un elemento de protección presente en algunas instalaciones eléctricas. Quizás estemos más acostumbrados a verlos en los vehículos, donde tenemos decenas de ellos, que en nuestra vivienda, donde suelen ser más utilizados interruptores magneto-térmicos.

Principalmente, el fusible tiene dos funciones:

- Protección frente a sobrecargas.
- Protección frente a cortocircuitos.

Habitualmente, las instalaciones solares tienen cuatro tramos bien diferenciados, aunque puede no estar presente alguno de ellos:

(1) Tramo de paneles a regulador.
(2) Tramo de regulador a baterías.
(3) Tramo de batería a inversor.
(4) Tramo de inversor a cargas, habitualmente en corriente alterna.

(1) Tramo de paneles a regulador

En el primer tramo, de paneles a regulador, la fuente, el panel solar, no puede clasificarse ni como fuente de tensión, ni como fuente de intensidad. Su curva de trabajo fue descrita en este hilo: https://adnsolar.eu/viewtopic.php?f=14&t=55. Como se puede ver, la intensidad máxima que generará nuestro campo solar estará acotada por la Intensidad de Cortocircuito, Isc. Del mismo modo, la tensión máxima estará limitada por la Tensión en Abierto, Vo. Hay que destacar que la mayoría de las veces, cuando se coloca un fusible en dicho tramo, tiene la función de apertura o cierre de un string de campo solar. Sin embargo, hay que proceder con especial cuidado cuando tenemos varias cadenas de paneles, dado que en ese caso el fusible puede prevenir de fuertes corrientes inversas en una de las cadenas, hecho probable en el caso de que una de las cadenas quede sombreada, total, o parcialmente. ¿Cómo seleccionamos el fusible necesario por cadena? Muy sencillo, en la hoja de datos del panel aparece la intensidad máxima del fusible a seleccionar, típicamente 15 A. Aparte, la tensión nominal del fusible ha de ser superior a la tensión en abierto de los paneles. Así mismo, la corriente de retención, o también llamada de ruptura, del fusible ha de ser superior a la suma de las corrientes de cortocircuito del resto de cadenas a considerar.

Caso práctico 1

Instalación formada por 6 cadenas de 20 paneles en serie con una Vo de 45 V y una Isc de 9 A e Imax de fusible de 15 A.

La intensidad nominal del fusible ya nos la facilita el fabricante 15 A.
La tensión nominal del fusible ha de ser mayor que 20xVo= 900 Vdc
La intensidad de ruptura ha de ser mayor que 5x9 A = 45 A.

Podríamos seleccionar 6 fusibles como éstos para nuestra instalación. https://www.poweralia.com/fusible-cilin ... ric-491629

Nota: Es deseable que el poder de ruptura de dichos fusibles sea muy superior al que necesitamos de cara a la protección frente a perturbaciones atmosféricas, ya que de ese modo, podremos tener protección frente a dichas perturbaciones, asociando cada fusible con un dispositivo frente a sobre-tensiones.


Tramos (2) de regulador a baterías y (3) de baterías a inversor

Suele ser habitual la colocación de un fusible en uno de los polos de la batería. La batería es la fuente de tensión real por excelencia y puede tener intensidades de cortocircuito altas, del orden de los 1.000 a 25.000 A.

A la hora de seleccionar el fusible debemos tener en cuenta varias cosas:

- Intensidad de cortocircuito de las baterías.
- Potencia nominal del inversor, así como potencia pico y duración máxima de dichos picos.
- Tiempo de disparo de diseño. Fundamental para garantizar que las conducciones no sufrirán daños.
- Curva del fusible.

La intensidad de cortocircuito de las baterías suele aparecer en la hoja de datos de las mismas,pero no siempre aparece; en ese caso, podemos tomar como Isc= 10 X C10 Ah, es decir, diez veces la capacidad nominal de la batería en C10.
La potencia nominal y pico del inversor es facilitada por fabricante.
En cuanto al tiempo de disparo, pre-arco más extinción, suele ser típico tomar 0,1 s.
Mediante la curva del fusible, podremos estimar el tiempo de actuación del fusible, entrando con la intensidad estimada de cortocircuito.

Caso práctico 2

Inversor:
Potencia nominal 4600 W
Potencia máxima 30 min. 6000 W
Potencia máxima 3 s. 11000 W
Tensión mínima batería: 40 Vdc

Baterías:
Capacidad: 500 Ah
Intensidad de cortocircuito estimada: 5000 A

Tiempo de disparo: 0.1 s.

En primer lugar, el fusible a seleccionar tendrá una intensidad de ruptura superior a 5000 A.

Primero tomamos la potencia nominal del inversor y posteriormente comprobaremos que no se fundirá si tenemos una potencia de 6000 W durante 30 minutos o de 11000 W durante 3 s.

Para el caso de tener 4600 w, cuando la tensión de batería es de 40 V, la intensidad es de 115 A, por lo que tomaríamos un fusible de 125 A.

Con el dato de 5.000 A de corriente prevista, entramos en el siguiente ábaco y obtenemos que el tiempo de disparo es inferior a 0,01 s.

A continuación, estimamos el tiempo de disparo para una potencia del inversor de 6000 W. En ese caso, la corriente será de 150 A. Entramos con esa corriente en el mismo ábaco anterior y obtenemos que el tiempo de disparo es mayor que 10.000 s, muy superior a los 1800 s que el inversor es capaz de mantener esa potencia de 6.000 W.

Queda por comprobar que el fusible no "salta" por sobrecarga de 11.000 W en 3 s. En ese caso, la corriente será de 275 A. Volvemos a entrar en el mismo ábaco y obtenemos que el tiempo de disparo es de unos 70 s.

Como porta fusible seleccionamos un NH1 para que las pérdidas sean mínimas y ya tenemos seleccionado el fusible.

Caso práctico 3 con lo que no se debe hacer

Googleando un poco, vemos esta consulta que hace un usuario:

"Buenas, soy nuevo por aquí espero no extenderme mucho, llevo viviendo 8 meses con una placa de 80 w inversor de 300 de pico y un regulador de 5 amperios, y batería de coche de 90 amperios, y con esto solo me da para iluminación un poco de tele y cargar aparatos, me he comprado un inversor-cargador de 24v 2400w 100a(40pv-60ac) mppt pvmax 100dcv, dos baterías de gel 12v 200ah c10 y dos placas sharp 275w 60 células, pille cableado solar de placas a inversor de 6 mm y bueno poca cosa mas, es para una conexión aislada y lo que me gustaría saber es un poco lo que me falta por ejemplo fusible entre batería y inversor cuanto ah debería ser el de placa al inversor, y secciones de cables para batería inversor y entre baterías he visto que es 50 mm, un saludo y muchas gracias."

Y la respuesta del "experto" es:

"Entre inversor y batería un fusible de 200A (de CC) para poder aprovechar la potencia pico del inversor, y entre los paneles y el regulador uno de 10A."


Suponemos que la intensidad de cortocircuito de las baterías es de 2.000 A, diez veces la capacidad en C10 y suponemos un fusible de 200 A con capacidad de corte suficiente:

Y vemos que el tiempo de disparo ronda los 700-800 ms.

Seleccionando el fusible adecuado, 100 A, tenemos que el tiempo de respuesta es de unos 20 ms:

(4) Tramos de inversor a cargas en AC

Es cierto que en estos casos se suelen utilizar interruptores magneto-térmicos en lugar de fusibles.

Algo importante a tener en cuenta es que la intensidad de cortocircuito del inversor es muy inferior a la habitual de red, de unos 4.500 A.

Por tanto, habremos de tener en cuenta la intensidad de cortocircuito que es capaz de soportar el inversor y actuar en consecuencia.

Para el inversor tomado como ejemplo, dice la hoja de datos que la Isc es de 120 A durante 100 ms. Sea fusible, o magneto-térmico, tendremos que asegurarnos que el disparo se produce antes de 100 ms, cuando la intensidad es de 120 A.

Vemos que seleccionando el fusible de forma adecuada, el tiempo de respuesta es 35 veces inferior.

Imaginad que estamos manipulando el regulador, o en inversor, y que de forma accidental ponemos en contacto con una llave fija o un destornillador, el positivo y el negativo. Ahora consideramos que la energía asociada al cortocircuito es proporcional al factor I x I x t, donde I es la intensidad de cortocircuito y t el tiempo de respuesta de las protecciones. Entenderá el lector que con un fusible de 200 A tendremos una energía liberada 35 veces mayor que con un fusible de 100 A y claro, las proyecciones derivadas de la sublimación de la llave o el destornillador serán mucho más dañinas en el primer caso.
Esto es sólo un ejemplo, los daños derivados de un corto son muy variados e incluyen hasta incendios, por lo que debemos ser cuidadosos con la selección del fusible, máxime cuando la intensidad de cortocircuito no será la misma a lo largo de la vida de la batería o de su estado de carga, por lo que cuanto más margen tengamos, mejor.

[Homo_non_sapiens]

Voy a aportar mi experiencia práctica respecto a los fusibles en tramos con batería:

Presumo de unos hermosos agujeritos en la piel, más bonitos que cualquier "piercing" o "branding", procedientes de un "experimento" involuntario que hice
Estaba apretando los puentes entre monoblocks (Trojan T-105; 6V; 200Ah C10) de mi banco de batería anterior, cuando hice un corto entre dos monoblocks con la llave de 14 que tenía en manos. La tensión aplicada a la llave era de 18V (3 monoblocks de 6V en serie) - poca tensión, cierto?
Como la llave era de acero CrVd (aleación cromo-vanadio), su resistencia es mínima y los 18V son más que suficientes para dejar pasar mucha corriente eléctrica - la máxima que puede la batería. Estimo que eran entre 2000A y 4000A ...
Hay que tener presente, que si una resistencia es tan pequeña como la de esa llave, un cortocircuito entre los dos polos de una monoblock de 6V -o incluso entre los dos polos de un vasos de 2V- provoca una corriente con esa intensidad tan alta, 2000A - 4000A (o más, según las caracteristicas de la batería). Es decir, si yo hubiese provocado el corto entre los polos de un solo vaso, el efecto hubiese sido prácticamente igual. Hay que ir con pies de plomo!
La llave no llegó ni a calentarse, alli donde yo la tocaba con la mano. Como hacía el contacto al borne de la batería con una punta fina, por ese conductor fino pasaron miles de amperios y el metal se fundió prácticamente al instante, volando gotitas de acero líquido por el aire y abriéndose el circuito - menos mal. Lógicamente, retiré la llave en un reflejo, pero su punta ya habia desaparecido. Las gotitas de metal estaban bastante calientes - tanto que al caer sobre las baldosas cerámicas del suelo, se incrustaron de forma permanente. Y claro, las que cayeron sobre mi piel, me dejaron un recuerdo para siempre

Para este caso en concreto, donde el cortocircuito fue directamente entre los bornes de baterías, no hubiese servido de nada un fusible en cualquier tramo de la instalación, porque el circuito era "borne - llave - borne", sin fusible. Y la "explosión" fue tán rápida, que posiblemente un fusible no la hubiese podido evitar
Lo que sí evita un fusible bien dimensionado, si el cortocircuito se produce en un tramo protegido, es que haya daños mayores, como aparatos quemados o hasta la vivienda en llamas, porque abre el circuito en pocos milisegundos

[Gabriel_2018]

Pues sí, parece que a este experto se le han fundido los plomos...

[dafegod]

Voy a aportar mi experiencia práctica respecto a los fusibles en tramos con batería:

Presumo de unos hermosos agujeritos en la piel, más bonitos que cualquier "piercing" o "branding", procedientes de un "experimento" involuntario que hice
Estaba apretando los puentes entre monoblocks (Trojan T-105; 6V; 200Ah C10) de mi banco de batería anterior, cuando hice un corto entre dos monoblocks con la llave de 14 que tenía en manos. La tensión aplicada a la llave era de 18V (3 monoblocks de 6V en serie) - poca tensión, cierto?
Como la llave era de acero CrVd (aleación cromo-vanadio), su resistencia es mínima y los 18V son más que suficientes para dejar pasar mucha corriente eléctrica - la máxima que puede la batería. Estimo que eran entre 2000A y 4000A ...
Hay que tener presente, que si una resistencia es tan pequeña como la de esa llave, un cortocircuito entre los dos polos de una monoblock de 6V -o incluso entre los dos polos de un vasos de 2V- provoca una corriente con esa intensidad tan alta, 2000A - 4000A (o más, según las caracteristicas de la batería). Es decir, si yo hubiese provocado el corto entre los polos de un solo vaso, el efecto hubiese sido prácticamente igual. Hay que ir con pies de plomo!
La llave no llegó ni a calentarse, alli donde yo la tocaba con la mano. Como hacía el contacto al borne de la batería con una punta fina, por ese conductor fino pasaron miles de amperios y el metal se fundió prácticamente al instante, volando gotitas de acero líquido por el aire y abriéndose el circuito - menos mal. Lógicamente, retiré la llave en un reflejo, pero su punta ya habia desaparecido. Las gotitas de metal estaban bastante calientes - tanto que al caer sobre las baldosas cerámicas del suelo, se incrustaron de forma permanente. Y claro, las que cayeron sobre mi piel, me dejaron un recuerdo para siempre

Para este caso en concreto, donde el cortocircuito fue directamente entre los bornes de baterías, no hubiese servido de nada un fusible en cualquier tramo de la instalación, porque el circuito era "borne - llave - borne", sin fusible. Y la "explosión" fue tán rápida, que posiblemente un fusible no la hubiese podido evitar
Lo que sí evita un fusible bien dimensionado, si el cortocircuito se produce en un tramo protegido, es que haya daños mayores, como aparatos quemados o hasta la vivienda en llamas, porque abre el circuito en pocos milisegundos

Me has dejado en estado de shock, con lo de volatilizar la llave.

Se me ocurre a bote pronto de aislar la llave de apretar las bornas con cinta aislante-cinta autovulcanizable-cinta aislante, dejando sólo la cabeza que se use.
Con ese sistema me hice un bornero con un destornillador normal hace ya más de diez años y aún lo sigo usando.

[Homo_non_sapiens]

Se me ocurre a bote pronto de aislar la llave de apretar las bornas con cinta aislante-cinta autovulcanizable-cinta aislante, dejando sólo la cabeza que se use

Aislar la llave allí donde la tocas, es un buen remedio para evitar electrocución. De hecho, se venden llaves ya aisladas, para este propósito
Pero las llaves suelen tener dos cabezas, una en cada lado. Si se quieren emplear las dos cabezas, no se les puede poner cinta aislante - y puede pasar lo mismo que me pasó a mí (que no soy el único, ni mucho menos). Lo que realmente ayuda, es ir con mucho cuidado - o aislar también a una de las cabezas ...

@dafegod: Releyendo tu post, veo que te refieres a esto último: Dejar solo una cabeza sin aislar - eso sí que protege ...

[Gabriel_2018]

Otro ejemplo de lo que no hay que hacer:
https://www.solarweb.net/forosolar/foto ... ersor.html

[Homo_non_sapiens]

Otro ejemplo de lo que no hay que hacer: ...

Por favor, ayúdanos un poco, especificando qué es lo que no hay que hacer, en el contexto de "el fusible en instalaciones solares" ...

[Gabriel_2018]

Otro ejemplo de lo que no hay que hacer: ...

Por favor, ayúdanos un poco, especificando qué es lo que no hay que hacer, en el contexto de "el fusible en instalaciones solares" ...

En general es un despropósito tras otro.

Para empezar, en lugar de dimensionar el fusible en función de la potencia nominal del inversor, hablan de hacerlo según la potencia "pico" del inversor, cuando el fusible, por naturaleza propia, también está diseñado para proteger frente a sobrecarga, por lo que tiene poco sentido dimensionar el fusible en una situación ya existente de sobrecarga.

Como ya se dice en este hilo, la forma de proceder es dimensionar el fusible en función de la potencia nominal del inversor y comprobar que no saltará frente a una sobrecarga momentánea definida por las especificaciones del inversor.

En cuanto a la fuente, la batería, ni se estima la intensidad de cortocircuito, por lo que resulta imposible dimensionar el fusible con algo de coherencia.

Para rematar hay uno que dice que un cable de 35 mm2 soporta 1.000 A, sin especificar cuanto tiempo, ni cubierta, ni protección. Para el caso de un cable desnudo de cobre, es cierto que la densidad de corriente que soporta es del orden de 55 A/mm2, pero claro, sólo para el caso de cable desnudo.

Otro dice que si pone un fusible de 1000 A, antes "petara" el fusible que el cable, cuando puede ocurrir que si la batería no es grande, de menos de 500 Ah, el fusible "lo vea" como una sobrecarga, en lugar de un cortocircuito...

[Homo_non_sapiens]

En general es un despropósito tras otro ... Para empezar ...

Gracias

[Gabriel_2018]

Por curiosidad, para un banco de unos 500 Ah y una Isc de 5000 A, un fusible de 1.000 A soportaría unos 10 s, tiempo en el que la cubierta de un cable de 35 mm2, se fundiría, ya que soporta unos 3.5 s.

[Homo_non_sapiens]

para un banco de unos 500 Ah y una Isc de 5000 A, un fusible de 1.000 A soportaría unos 10s, tiempo en el que la cubierta de un cable de 35 mm2 se fundiría, ya que soporta unos 3.5s

Vale, eso sería el escenario si se cortocircuita esta batería con un cable de 35mm² - pero que pasaría, si al final del cable hay un dispositivo conectado? Supongo que si pasan 5000A por él, se quemaría en mucho menos de 10 segundos? Y no creo que pasarían 5000A, porque la resistencia del dispositivo lo impediría - correcto?

[Vitriolo]

Vale, eso sería el escenario si se cortocircuita esta batería con un cable de 35mm² - pero que pasaría, si al final del cable hay un dispositivo conectado? Supongo que si pasan 5000A por él, se quemaría en mucho menos de 10 segundos? Y no creo que pasarían 5000A, porque la resistencia del dispositivo lo impediría - correcto?

Yo creo que si no es un contacto directo entre los cables que vienen de la bateria, es un escenario muy hipotético ( lo de pasar 5000A), si es un dispositivo como por ejemplo un inversor Petatronic, si el cortocircuito no es mecánico o directo sino por ejemplo en el puente inversor el mismo PCB o las conexiones de los chips de los MOSFETS tardan décimas de segundo en fundirse, estos ya tienen una resistencia apreciable y tarda menos el control en detectar la sobrecarga o si fuera cortocircuito automaticamente se desactiva el switch protector de polaridad por quedarse el control sin tensión.
Además, estos tienen un propio fusible de 200A.

[Homo_non_sapiens]

si el cortocircuito no es mecánico o directo sino por ejemplo en el puente inversor el mismo PCB o las conexiones de los chips de los MOSFETS tardan décimas de segundo en fundirse ... Además, estos tienen un propio fusible de 200A

A eso me refería. Gracias por aclararlo, Vitriolo

Nota (para aquellos que no son tan familiares con los "Petatronic"): Vitriolo se refiere a un híbrido de la familia Axpert del fabricante Voltronic. Pero la argumentación vale igual para inversores o reguladores de otras marcas

[Gabriel_2018]

Vale, eso sería el escenario si se cortocircuita esta batería con un cable de 35mm² - pero que pasaría, si al final del cable hay un dispositivo conectado? Supongo que si pasan 5000A por él, se quemaría en mucho menos de 10 segundos? Y no creo que pasarían 5000A, porque la resistencia del dispositivo lo impediría - correcto?

Yo creo que si no es un contacto directo entre los cables que vienen de la bateria, es un escenario muy hipotético ( lo de pasar 5000A), si es un dispositivo como por ejemplo un inversor Petatronic, si el cortocircuito no es mecánico o directo sino por ejemplo en el puente inversor el mismo PCB o las conexiones de los chips de los MOSFETS tardan décimas de segundo en fundirse, estos ya tienen una resistencia apreciable y tarda menos el control en detectar la sobrecarga o si fuera cortocircuito automaticamente se desactiva el switch protector de polaridad por quedarse el control sin tensión.
Además, estos tienen un propio fusible de 200A.

Si un Mosfet está en corto en la PCB, lo deseable es que sea el fusible general el que salte, antes que el del híbrido. Si está bien dimensionado, es lo que debe ocurrir.

El fusible está para proteger las conducciones y los dispositivos, si no es el caso, el riesgo de incendio aumenta considerablemente.

[Homo_non_sapiens]

Si un Mosfet está en corto en la PCB, lo deseable es que sea el fusible general el que salte, antes que el del híbrido. Si está bien dimensionado, es lo que debe ocurrir.
El fusible está para proteger las conducciones y los dispositivos, si no es el caso, el riesgo de incendio aumenta considerablemente.

Eso, eso! Por eso me parece genial, que hayáis hecho hincapié en que poner un fusible de 1000A sería un pecado mortal
El fusible, que aguante la intensidad habitual -con algo de margen- y que corte, cuando haya demasiada intensidad - para proteger a la instalación !

[Vitriolo]

Totalmente de acuerdo con los dos, hay que proteger tanto el dispositivo como la instalación de forma adecuada.