descrizione del metodo per messa a terra

Inv_Str-HF_Iso Ctrl and GND Method_IT_rev.2012-01-04
Inverter di stringa con trasformatore di isolamento ad alta frequenza Aurora
Power-One:
descrizione del metodo per messa a terra e controllo di isolamento
Autore: Rossi Antonio
Approvatore: Trova Marco
Data: 04/01/2012
SCOPO
Il presente documento ha l'obiettivo di fornire una descrizione del metodo per la messa a terra e per il
controllo di isolamento sul lato CC (generatore FV) implementato negli inverter di stringa con isolamento
HF (High Frequency, alta frequenza) Aurora Power-One.
CAMPO DI APPLICAZIONE
Nella seguente tabella sono riportati gli inverter cui il documento si riferisce:
Tipo di inverter
Inverter monofase con
isolamento HF
Inverter trifase con
isolamento HF
Modello di inverter
UNO-2.0-I-OUTD
UNO-2.0-I-OUTD-S
UNO-2.5-I-OUTD
UNO-2.5-I-OUTD-S
PVI-3.8-I-OUTD
PVI-3.8-I-OUTD-S
PVI-4.6-I-OUTD
PVI-4.6-I-OUTD-S
PVI-10.0-I-OUTD-400
PVI-10.0-I-OUTD-400-S
PVI-12.0-I-OUTD-400
PVI-12.0-I-OUTD-400-S
Potenza CA nominale
2,0 kW
2,5 kW
3,8 kW
4,6 kW
10,0 kW
12,0 kW
Tabella n. 1: inverter cui il presente documento si riferisce.
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Power-One Italy S.p.a.
Via San Giorgio, 642 – 52028 Terranuova Bracciolini – Arezzo – Italy
Web Site: www.power-one.com
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SCHEMA A BLOCCHI E METODO DI MESSA A TERRA DEGLI INVERTER
Nella seguente figura è riportato lo schema a blocchi dell'inverter monofase a doppio MPPT con isolamento
HF (PVI-3.8/4.6-I-OUTD). Per gli inverter trifase (PVI-10.0/12.0-I-OUTD) lo schema a blocchi è lo stesso, con
l'unica differenza che il convertitore CC/CA è a tre rami. Per gli inverter monofase a MPPT singolo (UNO2.0/2.5-I-OUTD) lo schema a blocchi è lo stesso, con l'unica differenza che un convertitore di ingresso
CC//CC risulta mancante.
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DC SWITCH
CHANNEL 1
INPUT OVR
CHANNEL 1
INPUT EMI FILTER
CHANNEL 1
INPUT CURRENT
SENSOR
CHANNEL 1
INPUT ISOLATED DC//DC CONVERTER
BULK
CAPACITOR
H-BRIDGE
+IN 1.1
CHANNEL 1
INPUT
CONNECTORS
OUTPUT
CURRENT
SENSOR
-IN 1.1
OUTPUT
FILTER
OUTPUT
RELAY
OUTPUT OVR
OUTPUT
TERMINAL BLOCK
LINE
NEUTRAL
CHANNEL 2
INPUT OVR
CHANNEL 2
INPUT EMI FILTER
CHANNEL 2
INPUT CURRENT
SENSOR
CHANNEL 2
INPUT ISOLATED DC//DC CONVERTER
PE
+IN 2.1
CHANNEL 2
INPUT
CONNECTORS
-IN 2.1
(+)
NONE POLE GROUNDED
(-)
CONTROL LOGIC CIRCUITRY
GROUNDING
CABLE
(inside the inverter)
PTC Grounding Resistor
(Nominal Resistance Value: 7.5kOhm)
Figura n. 1: schema a blocchi per l'inverter monofase con isolamento HF Aurora Power-One.
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Gli inverter con isolamento HF possono utilizzare array flottanti o array con messa a terra; è possibile
eseguire la messa a terra del polo positivo o del polo negativo. All'interno degli inverter è possibile
selezionare la messa a terra del positivo, la messa a terra del negativo oppure nessuna messa a terra (array
flottanti) utilizzando un cablaggio dedicato, come illustrato nella seguente figura.
(E)
(D)
(A)
(B)
(C)
Figura n. 2: opzioni di collegamento per la messa a terra all'interno dell'inverter.
(A): cavo di terra: nella figura è bloccato sulla posizione di flottante.
(B): connettore di terra del negativo: il cavo di terra (A) deve essere collegato qui per eseguire la
messa a terra del negativo.
(C): connettore di terra del positivo: il cavo di terra (A) deve essere collegato qui per eseguire la
messa a terra del positivo.
(D): PTC di messa a terra
(E): selezione interruttori rotativi standard della rete.
A seconda della configurazione di messa a terra, le opzioni di configurazione dei canali di ingresso
potrebbero essere limitate. In particolare:
Messa a terra
Polo positivo (+  )
Polo negativo (-  )
Nessuna
Configurazioni
consentite dei canali
di ingresso
SOLO in parallelo
Indipendente o in
parallelo
SOLO in parallelo
Tabella n. 2: opzioni di messa a terra vs. configurazione dei canali di ingresso.
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Nota: la configurazione indipendente dei canali di ingresso è consentita SOLO in caso di messa a terra del
negativo. In caso di array con messa a terra del positivo o flottanti, l'unica configurazione possibile per i
canali di ingresso è quella in parallelo. La configurazione di default (predefinita in fabbrica) dell'inverter è
quella con messa a terra del negativo.
Quando è selezionata una delle due opzioni con messa a terra, il collegamento per la messa a terra avviene
attraverso un PTC Resistor. PTC è l'acronimo di "Positive Thermal Coefficient" (Coefficiente di temperatura
positivo): il componente mostra una proporzionalità diretta tra il valore di resistenza e la temperatura. Le
seguenti figure (estratte direttamente dalla scheda tecnica del componente) mostrano la resistenza in
funzione della temperatura e la corrente in funzione della tensione attraverso il componente. Fare
riferimento alla curva B59758B0110A070.
Figura n. 3: curve tipiche di componenti PTC utilizzati per la messa a terra negli inverter con isolamento HF Aurora
Power-One.
Il meccanismo di controllo di isolamento varia in base alle condizioni di messa a terra degli array (con messa
a terra o flottanti).
ARRAY FLOTTANTI
Nel caso in cui non sia stata selezionata la messa a terra, l'inverter controlla continuamente l'impedenza di
isolamento sul lato CC: l'impedenza di isolamento misurata viene confrontata con una soglia regolabile
(valore di default: 200 kOhm) per rilevare una condizione di errore nella messa a terra sul lato CC. In
particolare:
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
Prima di ogni connessione alla rete, l'inverter esegue la misurazione dell'impedenza di isolamento.
Nel caso in cui il valore misurato sia inferiore alla soglia impostata (valore di default: 200 kOhm),
l'inverter non si connette alla rete. La soglia può essere regolata utilizzando il SW di configurazione
dell'inverter. L'impedenza di isolamento misurata (Riso) è visibile sul display dopo la connessione
alla rete.

Durante il funzionamento parallelo in rete, l'inverter esegue la misurazione dell'impedenza di
isolamento. Nel caso in cui il valore misurato sia inferiore alla soglia impostata (valore di default:
200 kOhm), l'inverter si disconnette dalla rete. La soglia può essere regolata utilizzando il SW di
configurazione dell'inverter.
Nella seguente figura è riportato lo schema a blocchi relativo alla misurazione del valore di isolamento R.
Nota: in caso di array flottanti, l'unica configurazione consentita per i canali di ingresso è quella in parallelo.
DC
DC
INPUT
CHANNEL
No.1
INVERTER GRID
CONNECTIONS
DC
AC
PV Array
Channel No.1
DC
INPUT
CHANNEL
No.2
DC
PV Array
Channel No.2
(+)
(-)
R-iso
NONE POLE
GROUNDED
PTC
Grounding
Resistor
Vg reading
+
Control Logic
Circuitry
Output Relay
Control
GROUNDING
CABLE
INVERTER PE
CONNECTION
Figura n. 4: schema a blocchi relativo alla misurazione del valore di isolamento R per gli array flottanti.
ARRAY CON MESSA A TERRA
In caso di messa a terra, il polo utilizzato viene esaminato in riferimento al terminale dell'inverter PE
utilizzando un PTC resistor. A seconda dello stato di connessione alla rete, l'inverter controlla l'isolamento
sul lato CC in due modi diversi; tali controlli avvengono nello stesso modo per la messa a terra sia del
positivo che del negativo.
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Controlli preliminari: definizione dell'Isolation Quality Factor (Iso QF)
Prima di ogni connessione alla rete, l'inverter esegue la misurazione dell'impedenza di isolamento mediante
rimozione del collegamento a terra, ossia aprendo il contatto del relèin serie al resistore PTC di messa a
terra. Tale controllo consente all'inverter di verificare lo stato del generatore FV rispetto alla terra,
testando l'eventuale presenza di fenomeni di dispersione o collegamenti a terra aggiuntivi sul lato CC
dell'impianto.
Rimuovendo il collegamento a terra (mediante apertura dei contatti del teleruttore), se non sono presenti
fenomeni di dispersione o collegamenti a terra aggiuntivi, la tensione del polo utilizzato per la messa a terra
deve aumentare (messa a terra del negativo) o diminuire (messa a terra del positivo) rispetto alla terra. Per
informazioni sui vari scenari possibili, fare riferimento alla seguente tabella. Gli inverter leggono il valore di
tensione del polo selezionato per la messa a terra rispetto all'ingresso negativo durante l'intervallo di
tempo in cui i contatti del teleruttore sono aperti, quindi confrontano tale valore con una soglia interna che
dipende dalla tensione di ingresso e dalla soglia di R-iso per la connessione. La soglia di R-iso, impostata per
default su 200 kOhm, è regolabile attraverso il SW di configurazione dell’inverter.
STATO DEL
CONTATTO DEL
RELE’
MESSA A TERRA DEL POSITIVO
MESSA A TERRA DEL NEGATIVO
CHIUSI
Vg=Vin
Vg=0
APERTI
Vg=Vin/2
Vg=Vin/2
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Nota: in caso di messa a terra del positivo, l'unica configurazione consentita per i canali di ingresso è quella
in parallelo. In caso di messa a terra del negativo, è possibile selezionare la configurazione desiderata per i
canali di ingresso.
Il confronto tra il valore di lettura della tensione e la soglia interna consente di definire un fattore di qualità
per l'isolamento sul lato CC: il cosiddetto Iso QF. Questo parametro rappresenta una misurazione della
qualità dell'isolamento: maggiore è il valore Iso QF, superiore risulta l'impedenza di isolamento. La soglia
per la connessione alla rete è Iso QF=1: in caso di Iso QF=1, l'impedenza di isolamento è uguale alla soglia di
R-iso impostata.
Protezioni per il funzionamento in parallelo in rete
Il valore nominale della resistenza PTC è pari a 7,5 kOhm. Esso aumenta (fino a raggiungere un valore in
MOhm, conformemente allo schema nella figura n. 2) quando una corrente attraversa il componente
causandone un incremento di temperatura. A causa del fatto che il resistore è collegato alla messa a terra,
la corrente che attraversa il resistore è una corrente di dispersione. La tensione attraverso il PTC resistor di
messa a terra viene rilevata dai circuiti logici; in base alla misurazione della tensione, i circuiti logici fanno sì
che i relè in parallelo della rete disconnettano l'inverter dalla rete stessa.
Figura n. 5: scenario di errore con messa a terra del negativo selezionata.
Esistono due livelli di protezione correlati al valore Vg (tensione attraverso il PTC resistor di messa a terra):
-
30 V per più di 2 secondi
60 V per più di 500 msec
Il superamento della soglia causa la disconnessione dell'inverter dalla rete.
Il principale vantaggio della soluzione PTC per la messa a terra è rappresentato dalla possibilità di rilevare
una corrente di dispersione sul lato CC dell'impianto e di risolvere la condizione di errore grazie all'elevato
valore di resistenza che il componente è in grado di raggiungere. Inoltre, il PTC consente un auto-ripristino
dell'inverter, che viene attivato non appena cessa il flusso della corrente di dispersione.
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