Seguridad eléctrica eólica y solar

Seguridad eléctrica eólica y solar: a la altura de las circunstancias. Hace unos meses, regresaba a casa en coche desde el área de Los Ángeles y, de repente, me encontré rodeado de miles de turbinas eólicas a ambos lados de la Interestatal 10. Aunque he hecho este viaje muchas veces antes, todavía estoy asombrado por la escala de todo esto. Mirando a través de mi parabrisas (pero todavía mirando la carretera) en el
Al ver los kilómetros de turbinas eólicas y subestaciones que componen el parque eólico de San Gorgonio Pass, comencé a preguntarme cuánta electricidad se produce realmente a partir de estas máquinas gigantes. Más tarde me enteré de que se trata de una instalación de 615 megavatios (MW).

Más recientemente, estuve en otra instalación de energía renovable a gran escala. Esta vez se trataba de una planta fotovoltaica (PV) conocida como Agua Caliente, ubicada en Yuma, Arizona. Este sitio recientemente observó un hito importante cuando su capacidad alcanzó la marca de 100 MW de CA. Cuando se complete, la capacidad total alcanzará los 290 MW de CA, lo que la convertirá en la instalación fotovoltaica más grande del planeta Tierra. Una vez más, me quedé asombrado mientras miraba literalmente un mar de módulos fotovoltaicos.

Mientras seguimos escuchando el grito de batalla por la independencia energética estadounidense y la energía renovable, es emocionante ver cómo decenas de miles de personas están en una cruzada para hacer frente al desafío. Finalmente me di cuenta de que de ahí provenía mi “asombro”. No era tanto la escala física de los sistemas como la gran cantidad de personas involucradas para que todo esto sucediera. Sí, todavía sabemos cómo estar a la altura de las circunstancias.

Energía eólica y fotovoltaica: las cifras
Viento: Las estadísticas hablan por sí solas. Según la Asociación Estadounidense de Energía Eólica (AWEA), a finales de 2011 había 46.919 MW de capacidad de generación de energía eólica a gran escala. En 2011, se instalaron 6.810 MW de nueva capacidad y, a finales de 2011, había 8.320 MW adicionales en construcción.

Según el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL), Estados Unidos tiene un potencial de recursos eólicos terrestres de 10.400.000 MW y 4.150.000 MW adicionales disponibles en alta mar.

Fotovoltaica: Aunque se pueden encontrar pequeños conjuntos de módulos fotovoltaicos individuales en todas partes, los sistemas fotovoltaicos conectados a la red están empezando a experimentar un crecimiento sin precedentes. Algunas estimaciones sitúan la capacidad de los proyectos en desarrollo o construcción en dos dígitos en gigavatios.

El proyecto Agua Caliente puede estar en camino de convertirse en la planta de energía fotovoltaica más grande del mundo; sin embargo, ese récord no durará mucho. Hay dos proyectos mucho más grandes que ya están en construcción en California, con una potencia máxima de 550 MW CA cada uno. Y esto es solo la punta del iceberg de la energía fotovoltaica.

¿Qué significan estas cifras? La respuesta obvia es que la energía eólica y fotovoltaica desempeñan un papel cada vez más importante en nuestro suministro de energía. La respuesta menos obvia es que la seguridad eléctrica de estos sistemas se ha vuelto más importante que nunca.

Verde = Precaución
Verde = ¿Precaución? Este lenguaje no existe en ninguna parte de la norma ANSI Z535 que se utiliza para definir las palabras y colores de señalización. Aunque las fuentes de energía como la eólica y la fotovoltaica se conocen comúnmente como “energía verde”, los peligros eléctricos como las descargas eléctricas y los arcos eléctricos no distinguen los colores y, a veces, pueden estar bien ocultos. De hecho, las mismas precauciones que se aplican a las fuentes eléctricas convencionales también se aplican a las “verdes”.

Electricidad (y peligros eléctricos) del viento
El aprovechamiento de la energía eólica existe desde hace siglos. Aunque el concepto básico puede no ser nuevo, las turbinas eólicas actuales lo han llevado a un nivel completamente nuevo. Muchos generadores de turbinas eólicas terrestres tienen capacidades que alcanzan varios megavatios cada uno y los límites se siguen ampliando.

Dado que las turbinas eólicas se extienden por una gran superficie, que a veces abarca varios kilómetros, un parque eólico requiere un gran sistema de distribución para conectarlas todas y unirlas a la red eléctrica. El "sistema colector", como se lo denomina, está formado por alimentadores de media tensión subterráneos y, a veces, aéreos, que suelen funcionar a 34,5 kV.

El voltaje de salida de un generador de vapor oscila normalmente entre 480 y 690 voltios y para conectarlo al sistema colector se necesita un transformador elevador. La energía de los generadores de vapor individuales se combina y se conecta a una subestación más tradicional donde finalmente se interconecta con la red eléctrica.

Al igual que en un sistema eléctrico más tradicional, los peligros de descarga eléctrica y arco eléctrico deben considerarse como parte de las prácticas de seguridad eléctrica. Sin embargo, cuando se trata del peligro de arco eléctrico, puede que no sea tan sencillo. Si se produce un arco eléctrico, la energía incidente resultante no solo dependerá de la corriente de cortocircuito de cada aerogenerador individual, sino también de todos los demás aerogeneradores que estén en línea. Un problema adicional y, a menudo, más amenazador es que el sistema de suministro eléctrico también contribuirá al arco eléctrico y las corrientes de cortocircuito de la red eléctrica pueden ser bastante altas. Dependiendo de la velocidad de funcionamiento de los dispositivos de protección, esto podría dar lugar a un evento muy peligroso y potencialmente mortal.

El peligro de arco eléctrico ha llamado la atención de la OSHA. En 2009, la OSHA informó sobre la investigación de 32 accidentes de arco eléctrico en parques eólicos. Como ejemplo, en 2010, la OSHA investigó un arco eléctrico en un parque eólico donde un trabajador recibió una lesión grave.

En 2012, la OSHA se ha centrado en la industria de la energía eólica con un Programa de Énfasis Nacional (NEP, por sus siglas en inglés). La OSHA anunció que la operación y el mantenimiento de las turbinas eólicas se rigen por las mismas normas que rigen la seguridad eléctrica de las centrales eléctricas más tradicionales.

Electricidad (y peligros eléctricos) del sol
Puede haber algunas similitudes entre las instalaciones fotovoltaicas a gran escala y la generación de energía convencional, pero también existen algunas diferencias importantes.

Una diferencia clave está en la producción de electricidad en sí. Grandes conjuntos de módulos fotovoltaicos están alineados y disfrutando del sol. No hay sonido, no hay partes móviles y no hay ninguna indicación de que esté sucediendo algo: esto en sí mismo ha creado un peligro no deseado. Si los módulos fotovoltaicos están ahí quietos, ¿cómo puede haber un peligro?

Sin sonido + Sin movimiento ≠ Sin peligro
Sin ningún tipo de estímulos visuales o sonoros, una persona puede sentirse insegura, lo que se ha convertido en un problema de seguridad en la comunidad fotovoltaica. Trabajar en el marco de la cultura fotovoltaica exige que el personal esté capacitado para comprender que no se debe tocar nada durante las horas del día.

La mayor diferencia con un sistema fotovoltaico es la fuente de energía: el sol. Como no se puede apagar con un interruptor, los módulos fotovoltaicos siempre reciben energía durante el día. Esto parece crear un problema cuando se intenta establecer una condición de trabajo eléctricamente segura según la norma NFPA 70E para la seguridad eléctrica en el lugar de trabajo. Esta condición requiere, entre muchos pasos, desenergizar y verificar la ausencia de voltaje.

Recientemente tuve la oportunidad de hablar sobre sistemas fotovoltaicos a gran escala con el Sr. Rob Rynar de First Solar, con sede en Tempe, Arizona, que está construyendo la planta de Agua Caliente, así como las dos plantas de 550 MW en California. Le pregunté: "¿Cómo se puede establecer una condición de trabajo eléctricamente segura?"

Se escuchó una risita y luego dijo: “Es fácil. Tenemos un corte programado cada 24 horas”. Hizo una pausa y luego continuó: “Se llama horario nocturno. Cualquier trabajo en vivo simplemente se pospone hasta las horas en que no hay luz diurna”. Incluso después de que se pone el sol, siempre tratan el sistema como si estuviera energizado, ya que todavía existe la posibilidad de una producción mínima de energía durante la noche. Además, siempre se usa ropa protectora con clasificación de arco y equipo de protección personal, ya sea de día o de noche.

Los voltajes típicos en los sistemas fotovoltaicos a gran escala aumentan todo el tiempo y muchos sistemas funcionan a más de 1000 voltios de CC. Existe presión para aumentar aún más este valor a más de 1500 voltios. Esto significa que los sistemas fotovoltaicos no son inmunes al peligro de descarga eléctrica. Afortunadamente, la edición 2012 de la norma NFPA 70E introdujo la Tabla 130.4(C)(b) para los límites de aproximación de los sistemas de voltaje de CC que se pueden utilizar para ayudar a abordar este peligro.

Aunque el peligro de arco eléctrico técnicamente existe en el lado de CC de un sistema fotovoltaico, no es tan grave como en el lado de CA. Los módulos fotovoltaicos son inherentemente limitadores de corriente, lo que significa que individualmente no producen mucha corriente de cortocircuito. Los peligros de arco eléctrico más importantes existen en el lado de CA del inversor/red eléctrica del sistema. La corriente de cortocircuito que fluye desde la interconexión de la red eléctrica puede generar una cantidad significativa de energía incidente, lo que requiere una atención especial a la selección adecuada de ropa y EPP de protección contra arcos eléctricos.

¿Qué estándar es propiedad de la empresa de servicios públicos?
A menudo se debate qué códigos y normas se aplican en materia de seguridad eléctrica de sistemas eólicos y fotovoltaicos a gran escala. Por supuesto, la OSHA es el eje central de todo y el Código Nacional de Seguridad Eléctrica (NESC) se utiliza normalmente para las partes de subestación, distribución y transmisión. Pero ¿qué pasa con la NFPA 70E? La Sección 90.2 excluye ciertas instalaciones, incluidas aquellas que se encuentran bajo el control exclusivo de un sistema de servicios públicos de electricidad con ciertas condiciones, como que la instalación esté ubicada en una propiedad que sea propiedad de la empresa de servicios públicos o que esté arrendada por ella con el propósito de generar electricidad. Hay otras condiciones que hacen referencia a ubicaciones, servidumbres y reconocimiento por parte de comisiones de servicio público y agencias reguladoras similares que tienen jurisdicción. Este lenguaje a menudo genera un debate sobre si se aplica la NFPA 70E.

Independientemente de si un sistema está técnicamente exento de la NFPA 70E o no, la mayoría de las instalaciones eólicas y fotovoltaicas también basarán sus prácticas de seguridad eléctrica en esta importante norma. Tener que decirle a alguien que sufrió una lesión a causa de un peligro eléctrico “lo siento, este sistema estaba exento de la NFPA 70E” no es lo mejor para nadie.

Mantenlo verde y seguro
Mientras miles de personas continúan estando a la altura de las circunstancias y ayudándonos a avanzar hacia el objetivo de la independencia energética, asegurémonos de que también estén a la altura de las circunstancias e incluyan la seguridad eléctrica en ese mismo objetivo.

Por Jim Phillips | Brainfiller, Inc. | Foro ArcFlash.com
Publicado originalmente: mayo de 2012 | Revista del contratista eléctrico