Il sistema fotovoltaico: protezione e sezionamento
di: Giuseppe Donnarumma
fonte: 'Elettricoplus'
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21.07.2009
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Le molteplici esigenze cui possono rispondere gli impianti fotovoltaici, sia per quanto la potenza sia il tipo di allacciamento alla rete elettrica monofase o trifase, in bassa o media tensione, richiede un’attenta scelta dei componenti. In particolare è importante la funzione degli apparecchi di protezione e sezionamento, sia per i circuiti derivati dai pannelli fotovoltaici, dove sono presenti gli elevati valori di tensione in continua, sia per quelli che costituiscono la sezione in corrente alternata a valle dell’inverter.
La sezione in corrente continua comprende il campo costituito dalle stringhe di pannelli fotovoltaici a valle delle quali va realizzato il sezionamento e la protezione con sezionatori e interruttori magnetotermici idonei a estinguere in brevissimo tempo le correnti di corto circuito continue sotto elevate tensioni, come quelli a doppia camera d’arco. In figura 1 è rappresentata una tipica caratteristica d’intervento per l’utilizzo in corrente continua. Per la protezione delle persone contro i contatti diretti occorre utilizzare componenti con livello e classe d’isolamento adeguate all’applicazione in ottemperanza alla norma Cei 64-8. Per la protezione delle persone contro i contatti indiretti, così come prescritto dalla stessa norma, le masse di tutte le apparecchiature devono essere collegate a terra mediante il conduttore di protezione; sul lato c.a. in bassa tensione, il sistema deve essere protetto con un interruttore differenziale di valore tale da evitare l’insorgenza di potenziali pericolosi sulle masse. In particolare, per i pannelli fotovoltaici, qualora i moduli siano dotati solo di isolamento principale, si rende necessario mettere a terra le cornici metalliche dei moduli; se, però, questi fossero dotati di isolamento supplementare o rinforzato (classe II) ciò non sarebbe più necessario. Ma, anche in questo caso, per garantirsi da un eventuale decadimento nel tempo della tenuta dell’isolamento è opportuno rendere equipotenziali le cornici dei moduli con la struttura metallica di sostegno.
Su questo lato va realizzata anche la protezione contro le sovratensioni mediante gli scaricatori che proteggono dalle scariche atmosferiche, protezione importantissima sia perché i pannelli sono sempre ubicati in posizione per forza di cose esposte agli eventi atmosferici e quindi soggetti direttamente all’offesa e sia perché possono essere soggetti alle sovratensioni generate dai fulmini negli impianti. Le analisi del rischio condotte sugli impianti fotovoltaici tengono conto della estensione, struttura ed esposizione del sistema fotovoltaico, ma anche densità e frequenza di fulminazione del luogo d’installazione.
Ricordiamo che le sovratensioni non sono causate solo dai fulmini, ma anche dalla chiusura ed apertura di contatti e in questo caso riguardano la sezione in corrente alternata, mentre le scariche atmosferiche possono interessare anche la sezione in corrente continua. Per la protezione dalle fulminazioni dirette, occorre di volta in volta valutare se la presenza dell’impianto fotovoltaico alteri o meno la sagoma dell’edificio e valutare la necessità o meno di installare un impianto Lps. Se l’impianto Lps esiste già, occorre che l’impianto fotovoltaico sia racchiuso nel volume protetto dagli organi di captazione.
Molto importanti ai fini della protezione dalle sovratensioni sono gli SPD; un esempio di installazione è mostrata in figura 2 (tratta da pubblicazione Abb). Nella posizione A viene protetto ciascun pannello e la connessione deve essere più corta e rettilinea possibile; eventualmente, a seconda delle situazioni ambientali, l’Spd deve essere installato in un involucro con grado IP adeguato; l’installazione è raccomandata se la distanza L1 è maggiore di 10 metri o è presente il rischio di accoppiamento induttivo, fenomeno che si verifica poiché i circuiti in cc che collegano tra loro i moduli fotovoltaici hanno tipicamente la forma di anello chiuso e quindi sono spesso la causa di accoppiamenti induttivi con i campi elettromagnetici generati dai fulmini.
Nella posizione B l’spd protegge la linea in c.c. principale con un collegamento alla barra equipotenziale il più corto e rettilineo possibile. Nella posizione C l’spd protegge l’ingresso dell’inverter, lato c.c. ed è raccomandata tale installazione se la distanza L2 è maggiore di 10 metri, curando anche in questo caso che il collegamento alla barra equipotenziale e alla massa dell’inverter lato c.c. sia il più corto e rettilineo possibile. Nella posizione D siamo nella sezione c.a. e precisamente l’spd protegge l’uscita dell’inverter, con la stessa raccomandazione precedente per il collegamento e infine nella posizione E siamo presso il punto di consegna dell’energia. Poiché gli spd sono in derivazione sui circuiti, la loro perdita di efficacia non produce conseguenze sul funzionamento per cui non è possibile rilevare il mancato funzionamento, perciò si rende necessario usare dispositivi con segnalazione del loro stato.
I dispositivi di protezione tra l’impianto produttore e la rete sono regolati dalla norma Cei 11-20 e sono tre (figura3):
• dispositivo di generatore, per intervenire su guasto del sistema di produzione;
• dispositivo di interfaccia, per intervento su guasto di rete Enel;
• dispositivo generale, per intervento su guasto del sistema elettrico del produttore.
Nel caso che l’impianto generatore sia un sistema fotovoltaico, il dispositivo di generatore, uno per convertitore, interviene per guasto interno al sistema fotovoltaico su tutte le fasi interessate e sul neutro; si tratta, in genere, di un contattore ma esso può anche essere, nella generalità dei casi, un interruttore automatico con sganciatore di apertura oppure un interruttore di manovra con fusibile o con interruttore automatico.
Il dispositivo di interfaccia interviene per guasto sulla rete del distributore; è il componente più delicato perché un suo mancato intervento, in caso di guasto sulla rete Enel potrebbe consentire l’alimentazione del guasto da parte del generatore fotovoltaico con conseguente pericolo per persone ed apparecchiature. Esso può essere costituito da un interruttore automatico con bobina ausiliaria a mancanza di tensione, oppure da un contattore combinato con fusibile o con interruttore automatico o ancora da un interruttore di manovra con bobina di apertura a mancanza di tensione combinato con fusibile o con interruttore automatico. La norma Cei 11-20 stabilisce quali sono le protezioni che devono intervenire sul dispositivo di interfaccia negli impianti connessi ai sistemi di bassa e di media tensione; esse sono essenzialmente quelle a minima e massima frequenza ed a minima e massima tensione; solo per potenze superiori ai 200 kW è richiesta anche la protezione di massima tensione omopolare. Si tenga presente che, qualora siano presenti più protezioni d’interfaccia per la presenza di diversi generatori, queste dovranno comandare un unico dispositivo d’interfaccia che escluda tutti i generatori dalla rete Enel. Secondo la norma citata, le protezioni di interfaccia devono essere verificabili e, più in particolare, il documento Enel DK5950 prescrive che il produttore deve verificare periodicamente la taratura delle soglie di intervento che sono 49,7 o 49 Hz senza ritardo intenzionale per la minima frequenza, 50,3 o 51 Hz senza ritardo intenzionale per la massima frequenza, 0,8 x Vn con ritardo di 0,15 secondi per la minima tensione e 1,2 x Vn con ritardo di 0,1 secondi per la massima tensione; si prescrive poi, sia in fase di prima installazione che periodicamente, di effettuare le verifiche di congruenza delle caratteristiche delle protezioni di interfaccia e delle tarature delle stesse con apposita strumentazione e la verifica, con impianto in tensione, del regolare funzionamento in chiusura e in apertura del dispositivo di interfaccia e dell’apertura dello stesso per mancanza di tensione ausiliaria.
La norma Cei 11-20 V1 prescrive che vi debba essere separazione metallica, in pratica un trasformatore, tra la sezione in corrente continua e la sezione in corrente alternata, separazione non necessaria se la potenza complessiva non supera i 20 kW, anche se è sempre necessario un dispositivo di protezione che intervenga se la componente continua immessa in rete supera lo 0,5% della corrente nominale di uscita.
Il dispositivo generale è costituito dall’interruttore automatico posto immediatamente a valle del punto di consegna; esso interviene per guasto dell’impianto fotovoltaico. Se l’impianto fotovoltaico è connesso alla rete BT del distributore, il dispositivo generale può essere costituito da un interruttore magnetotermico con caratteristiche di sezionatore che interviene su tutte le fasi e sul neutro. Se, invece, l’impianto è connesso alla rete MT del distributore, il dispositivo generale può essere un interruttore automatico con funzione di sezionamento rispondente alle prescrizioni della società distributrice di energia.
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