Dispositivi di Protezione da Sovratensioni DC per Installazioni FV
Pannellu Solare PV Combiner Box DC Dispositivu di Prutezzione di Surge
Perchè i Dispositivi di Protezione da Sovratensioni DC per Installazioni FV devenu esse cuncepiti per furnisce una piena esposizione à u sole, sò altamente vulnerabili à l'effetti di i fulmini. A capacità di un array PV hè direttamente ligata à a so superficia esposta, dunque l'impattu potenziale di l'eventi fulmini aumenta cù a dimensione di u sistema. Induve l'occorrenza di l'illuminazione sò frequenti, i sistemi FV non prutetti ponu subì danni ripetuti è significativi à i cumpunenti principali. Quì risulta in costi di riparazione è di sostituzione sustanziali, tempi di fermu di u sistema è a perdita di rivenuti. Dispositivi di prutezzione di sovratensione (SPD) cuncepiti, specificati è installati à u minimu minimizanu l'impattu potenziale di eventi fulmini quandu sò usati in cungiunzione cù sistemi di prutezzione anti-fulmini.
Un sistema di prutezzione contro i fulmini chì incorpora elementi di basa cum'è terminali aerei, cunduttori giusti in giù, legami equipotenziali per tutti i cumpunenti chì portanu corrente è principi adatti di messa à terra furnisce un canopy di prutezzione contra colpi diretti. Se ci hè qualchì preoccupazione per u risicu di fulmine in u vostru situ PV, vi raccomandu assai di impiegà un ingegnere elettricu prufessiunale cun cumpetenza in questu campu per furnisce un studiu di valutazione di u risicu è un cuncepimentu di sistema di prutezzione se necessariu.
Hè impurtante di capisce a differenza trà i sistemi di prutezzione di i fulmini è i SPD. U scopu di un sistema di prutezzione di i lampi hè di canalizà un fulmine direttu attraversu cunduttori sustanziali chì portanu corrente in terra, salvendu cusì strutture è apparecchiature da esse in u percorsu di sta scarica o da esse direttamente colpiti. I SPD sò applicati à i sistemi elettrichi per furnisce un percorsu di scarica à a terra per salvà i cumpunenti di quelli sistemi da esse esposti à i transitori ad alta tensione causati da l'effetti diretti o indiretti di fulmini o anomalie di u sistema di alimentazione. Ancu cù un sistema di prutezzione di i lampi esterni in piazza, senza SPD, l'effetti di i fulmini ponu ancu causà danni maiò à i cumpunenti.
Per i scopi di questu articulu, suppone chì qualchì forma di prutezzione contro i fulmini sia in opera è esaminà i tippi, a funzione è i vantaggi di l'usu addizionale di SPD adatti. In cunghjunzione cù un sistema di prutezzione contra fulmine adeguatamente ingegnerizatu, l'usu di SPD in i lochi di u sistema chjave prutegge i cumpunenti principali cum'è inverter, moduli, apparecchiature in scatule combinatrici, è sistemi di misurazione, cuntrollu è cumunicazioni.
L'impurtanza di i SPD
A parte da e cunsequenze di i fulmini diretti à e matrici, u cavu di putenza d'interconnessione hè assai suscettibile à i transitori indotti elettromagneticamente. I transitori direttamente o indirettamente causati da i fulmini, è ancu i transitori generati da funzioni di commutazione di utilità, esponenu l'apparecchiature elettriche è elettroniche à sovratensioni assai alte di durata assai breve (decine à centinaia di microsecondi). L'esposizione à queste tensioni transitorie pò causà un fallimentu di cumpunenti catastrofichi chì ponu esse notevuli da danni meccanici è tracciamentu di u carbonu o esse inosservabili ma causanu sempre un fallimentu di l'equipaggiu o di u sistema.
L'esposizione à longu andà à i transitori di magnitudine inferiore deteriora u materiale dielettricu è isolante in l'attrezzatura di u sistema FV finu à chì ci sia una ripartizione finale. Inoltre, transitori di tensione ponu apparì nantu à i circuiti di misurazione, cuntrollu è cumunicazione. Questi transitori ponu sembrà esse segnali o informazioni erronei, causendu malfunzionamentu o chiusura di l'attrezzatura. U piazzamentu strategicu di SPD attenuisce queste questioni perchè funzionanu cume dispositivi di cortocircuito o di serraggio.
Caratteristiche Tecniche di SPD
A tecnulugia SPD più cumuna aduprata in l'applicazioni PV hè u varistore di ossidu metallicu (MOV), chì funziona cum'è un dispositivu di serratura di tensione. Altre tecnologie SPD includenu u diode di valanga di siliziu, scintille controllate, è tubi di scarica di gas. L'ultimi dui sò dispositivi di commutazione chì apparenu cum'è cortocircuiti o palangari. Ogni tecnulugia hà e so caratteristiche, chì a rendenu più o menu adatta per una applicazione specifica. E cumbinazioni di sti dispositivi ponu ancu esse coordinate per furnisce caratteristiche più ottimali di quelle chì offrenu individualmente. A Tabella 1 elenca i principali tipi di SPD aduprati in i sistemi FV è detalla e so caratteristiche generali di funziunamentu.
Un SPD deve esse capace di cambià stati abbastanza rapidamente per u breve tempu chì un transitoriu hè presente è di scaricà a magnitudine di u currente transitoriu senza fallimentu. U dispositivu deve ancu minimizà a caduta di tensione in u circuitu SPD per prutege l'attrezzatura à a quale hè cunnessu. Infine, a funzione SPD ùn deve micca interferisce cù a funzione normale di quellu circuitu.
E caratteristiche operative SPD sò definite da parechji parametri chì quellu chì face a selezzione per i SPD deve capisce. Questu sughjettu richiede più dettagli chì ponu esse trattati quì, ma i seguenti sò alcuni parametri chì devenu esse cunsiderati: tensione massima di funzionamentu continuu, applicazione ac o dc, corrente nominale di scarica (definita da una magnitudine è forma d'onda), tensione di prutezzione (u tensione terminale chì hè presente quandu u SPD scarica una corrente specifica) è una sovratensione temporanea (una sovratensione continua chì pò esse applicata per un tempu specificu senza danneghje u SPD).
I SPD chì utilizanu diverse tecnulugia di cumpunenti ponu esse piazzati in i listessi circuiti. Tuttavia, devenu esse scelti cun cura per assicurà a coordinazione energetica trà di elli. A tecnulugia di i cumpunenti cù u rating di scarica più altu deve scaricà a più grande magnitudine di u currente transitoriu dispunibile mentre l'altra tecnulugia di cumpunente riduce a tensione transitoria residuale à una magnitudine inferiore cume scarica una corrente inferiore.
U SPD deve avè un dispositivu integrale di autoprotezzione chì u disconnette da u circuitu se u dispositivu fiasca. Per fà apparente sta disconnessione, parechji SPD mostranu una bandera chì indica u so statutu di disconnessione. Indicà u statutu di u SPD per mezu di un inseme di contatti ausiliari integrali hè una caratteristica avanzata chì pò furnisce un signale à un locu remoto. Un'altra caratteristica impurtante di u produttu da cunsiderà hè se u SPD utilizza un modulu rimovibile sicurizatu da i dita chì permette à un modulu fallitu di esse facilmente rimpiazzatu senza strumenti o a necessità di disattivà u circuitu.
Dispositivi di Protezione da Sovratensioni AC per Considerazioni di Installazioni FV
U lampu lampa da i nuvuli à u sistema di prutezzione di i lampi, a struttura FV o un terrenu vicinu pruvucanu una crescita lucale di u terrenu putenziale in quantu à e referenze di u terrenu luntanu. Cunduttori chì coprenu queste distanze espone l'attrezzatura à tensioni significative. L'effetti di e risanze di u putenziale di u terrenu sò primuramente sperimentate à u puntu di cunnessione trà un sistema PV ligatu à a rete è l'utilità à l'entrata di u serviziu - u puntu induve a terra lucale hè cunnessa elettricamente à una terra riferita luntana.
A prutezzione da sovratensioni deve esse posta à l'entrata di u serviziu per prutege u latu di l'utilità di l'inverter da transitori dannosi. I transitori visti in questu locu sò di grande magnitudine è durata è dunque devenu esse gestiti da una prutezzione di sovratensione cù valutazioni currenti adeguatamente à alta scarica. E fessure di scintilla cuntrullate aduprate in coordinazione cù i MOV sò ideali per questu scopu. A tecnulugia Spark gap pò scaricà alti currenti di fulmini furnendu una funzione di cunnessione equipotenziale durante u transitoriu di u lampu. U MOV coordinatu hà a capacità di chjappà a tensione residua à un livellu accettabile.
Oltre à l'effetti di l'aumentu di u putenziale di u terrenu, u latu ac di u inverter pò esse influenzatu da transitori indotti da fulmini è di commutazione di utilità chì appaiono ancu à l'entrata di u serviziu. Per minimizà u dannu di l'attrezzatura potenziale, una prutezzione di sovratensione CA apprezzata deve esse applicata u più vicinu à i terminali ac di u inverter, cù u percorsu u più cortu è u più dirittu per i cunduttori di zona trasversale sufficiente. Ùn implementà micca stu criteriu di cuncepimentu risulta in una caduta di tensione più altu di u necessariu in u circuitu SPD durante a scarica è espone l'attrezzatura prutetta à tensioni transitorie più alte di u necessariu.
Dispositivi di Prutezzione di Sovratensioni DC per Considerazioni di Installazioni FV
I colpi diretti à e strutture à terra vicine (cumpresu u sistema di prutezzione di i lampi), è i lampi inter è intra-nuvuli chì ponu esse di magnitudini di 100 kA ponu causà campi magnetichi assuciati chì inducenu currenti transitori in u cavu di sistema PV dc. Queste tensioni transitorie apparsu à i terminali di l'attrezzatura è causanu isolamentu è fallimenti dielettrici di cumpunenti principali.
U piazzamentu di SPD in lochi specificati attenu l'effettu di sti currenti fulmini indotti è parziali. U SPD hè piazzatu in parallelu trà i cunduttori energizati è a terra. Cambia u statu da un dispositivu à alta impedanza à un dispositivu à bassa impedenza quandu si verifica a sovratensione. In questa cunfigurazione, u SPD scarica u currente transitoriu assuciatu, minimizendu a sovratensione chì altrimenti sarebbe prisente in i terminali di l'equipaggiu. Stu dispositivu parallelu ùn porta micca un currente di carica. U SPD selezionatu deve esse specificamente cuncepitu, classificatu è appruvatu per l'applicazione nantu à e tensioni PV dc. A disconnessione SPD integrale deve esse capace di interrompere l'arc dc più severu, chì ùn si trova micca nantu à l'applicazioni ac.
A cunnessione di i moduli MOV in una cunfigurazione Y hè una cunfigurazione SPD cumunemente utilizata in grandi sistemi PV cummerciali è di scala d'utilità chì operanu à una tensione massima di circuitu apertu di 600 o 1,000 Vdc. Ogni gamba di Y cuntene un modulu MOV cunnessu à ogni polu è à terra. In un sistema senza tarrenu, ci sò dui moduli trà ogni polu, è trà tramindui polu è terra. In questa cunfigurazione, ogni modulu hè valutatu per a metà di a tensione di u sistema, dunque ancu se si verifica un difettu di u polu à a terra, i moduli MOV ùn superanu micca u so valore nominale.
Cunsiderazioni di Prutezzione di Surge di u Sistema Non Power
Cum'è l'attrezzatura è i cumpunenti di u sistema di alimentazione sò suscettibili à l'effetti di u fulmine, cusì hè l'attrezzatura truvata in i sistemi di misurazione, cuntrollu, strumentazione, SCADA è di cumunicazione associati à queste installazioni. In questi casi, u cuncettu basicu di prutezzione di sovratensione hè u listessu chì hè nantu à i circuiti di potenza. Tuttavia, perchè questu equipagiu hè di solitu menu tollerante à l'impulsi di sovratensione è più suscettibile à segnali erroni è à esse influenzatu negativamente da l'aggiunta di serie o cumpunenti paralleli à i circuiti, una maggiore cura deve esse data à e caratteristiche di ogni SPD aghjuntu. SPD specifici sò chjamati secondu se questi cumpunenti cumunicanu per coppia intrecciata, CAT 6 Ethernet o RF coassiale. Inoltre, i SPD selezziunati per i circuiti senza putenza devenu esse capace di scaricà i currenti transitori senza fallimentu, per furnisce un livellu adeguatu di prutezzione di tensione è astene da interferisce cù a funzione di u sistema-cumpresu impedenza di serie, linea-à-linea è capacità di terra è larghezza di banda di frequenza .
Misapplicazioni cumune di SPD
I SPD sò stati applicati à i circuiti di alimentazione per parechji anni. A maiò parte di i circuiti di putenza cuntempuranei sò sistemi di corrente alterna. Hè cusì, a maiò parte di l'attrezzatura di prutezzione di sovratensioni hè stata cuncipita per l'usu in sistemi ac. L'introduzione relativamente recente di grandi sistemi fotovoltaici cummerciali è di scala d'utilità è u numeru crescente di sistemi impiegati hà, purtroppu, purtatu à a misapplicazione à u latu dc di SPD pensati per i sistemi ac. In questi casi, i SPD si comportanu impropriamente, soprattuttu durante u so modu di fallimentu, per via di e caratteristiche di i sistemi fotovoltaici in cc.
I MOV furniscenu eccellenti caratteristiche per servire da SPD. S'elli sò classificati currettamente è applicati currettamente, si comportanu in modu di qualità per quella funzione. Tuttavia, cum'è tutti i prudutti elettrichi, ponu falli. U fallimentu pò esse causatu da u riscaldamentu ambientale, scarichi di correnti chì sò più grandi di u dispositivu hè destinatu à gestisce, scarichi troppu volte o esse esposti à condizioni di sovratensione continue.
Dunque, i SPD sò cuncepiti cun un interruttore di disconnessione operatu termicamente chì li separa da a cunnessione parallella à u circuitu continuu energizatu in casu chì sia necessariu. Dapoi qualchì currente attraversa quandu u SPD entra in modu di fallimentu, un liggeru arcu apparisce quandu u switch di disconnessione termica funziona. Quandu hè applicatu nantu à un circuitu ac, a prima traversata zero di u currente furnitu da u generatore spegne quellu arcu, è u SPD hè eliminatu in modu sicuru da u circuitu. Se u listessu ac SPD hè applicatu à u latu dc di un sistema PV, in particulare tensioni elevate, ùn ci hè micca attraversu zero di u currente in una forma d'onda dc. L'interruttore normale adupratu termicamente ùn pò spegne u currente di l'arcu, è u dispositivu falla.
Piazzà un circuitu di bypass fusu parallelu intornu à u MOV hè un metudu per superà l'estinzione di l'arcu di falla dc. Se a disconnessione termica opera, un arcu appare sempre attraversu i so cuntatti d'apertura; ma quellu currente di l'arcu hè ridirettu versu una strada parallella chì cuntene un fusibile induve l'arcu hè spente, è u fusibile interrompe u currente di difettu.
A fusione upstream davanti à u SPD, cume si pò applicà à i sistemi ac, ùn hè micca adatta à i sistemi dc. U currente di cortocircuitu dispunibule per azziunà u fusibile (cum'è in un dispositivu di prutezzione di sovracorrente) pò esse micca abbastanza quandu u generatore hè à putenza ridutta. Di conseguenza, alcuni produttori di SPD anu pigliatu questu in cunsiderazione in u so cuncepimentu. UL hà mudificatu u so standard precedente cù u so supplementu à l'ultimu standard di prutezzione di sovratensione-UL 1449. Sta terza edizione hè appiicata specificamente à i sistemi PV.
Lista di Verificazione SPD
Malgradu u risicu elevatu di fulmine chì sò esposte à molte installazioni fotovoltaiche, ponu esse prutetti da l'applicazione di SPD è da un sistema di prutezzione contro i lampi adeguatamente ingegnerizatu. L'implementazione efficace di SPD deve cuntene e seguenti considerazioni:
- Piazzamentu currettu in u sistema
- Esigenze di terminazione
- Messa à terra è incollatura adatti di u sistema equipagiu-terra
- Valutazione di scarica
- Livellu di prutezzione di volta
- Idoneità per u sistema in questione, cumprese l'applicazioni dc versus ac
- Modu di fiascu
- Indicazione di statutu lucale è remota
- Moduli facilmente rimpiazzabili
- A funzione nurmale di u sistema ùn deve esse influenzata, specificamente nantu à i sistemi chì ùn sò micca di putenza
