Protezione contro i fulmini e le sovratensioni per sistemi fotovoltaici

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Protezione contro i
fulmini e le sovratensioni
per sistemi fotovoltaici
In Germania sono installati attualmente circa un milione di
sistemi fotovoltaici. Sulla base del fatto che l'elettricità generata è generalmente meno costosa e fornisce un elevato
grado di indipendenza dalla rete, i sistemi fotovoltaici sono
destinati a diventare parte integrante degli impianti elettrici.
Tuttavia questi sistemi sono esposti alle intemperie e devono
resistere ad esse per decenni.
I cavi dei sistemi fotovoltaici spesso entrano nell'edificio e si
estendono per lunghe distanze fino al punto di collegamento
con la rete di distribuzione.
I fulmini causano interferenze elettriche, sia trasmesse sia
generate in campo. Questo effetto aumenta in relazione con
una maggiore lunghezza del cavo o delle spire conduttrici.
Le sovratensioni non solo danneggiano i moduli fotovoltaici,
gli inverter e i relativi dispositivi elettronici di controllo, ma
anche i dispositivi dell'impianto entro l'edificio. Cosa ancora
più importante, negli edifici industriali si possono verificare
danni agli impianti, che provocano l'interruzione della produzione.
Se vengono iniettate delle sovratensioni in impianti lontani
dalla rete di distribuzione, indicati anche come sistemi fotovoltaici stand-alone, può risultare disturbato il funzionamento delle apparecchiature alimentate dall'energia solare (ad
esempio apparecchiature mediche, fornitura di acqua).
Necessità di un sistema di protezione contro i
fulmini installato sul tetto.
L'energia liberata da un fulmine è una delle cause più frequenti di incendio. Quindi, la protezione antincendio e la salvaguardia della sicurezza delle persone sono di fondamentale importanza in caso di fulminazione diretta di un edificio.
In fase di progettazione di un sistema fotovoltaico, è evidente l'opportunità di installare un sistema di protezione
contro il fulmine sull'edificio. In alcuni paesi, la normativa
edilizia richiede che gli edifici pubblici (ad esempio luoghi
di riunione, scuole e ospedali) siano dotati di un sistema di
protezione contro il fulmine. In caso di edifici industriali o privati, la necessità di installare un sistema di protezione contro
il fulmine dipende dalla posizione, dal tipo di costruzione e
dall'utilizzo. Va definito a tal fine se i fulmini sono probabili
o se potrebbero avere conseguenze gravi. Le strutture che
necessitano di protezione devono essere provviste di una
protezione permanentemente ed efficace contro i fulmini.
Allo stato attuale delle conoscenze scientifiche e tecniche, si
può affermare che l'installazione di moduli fotovoltaici non
fa aumentare il rischio di fulminazione. Pertanto, la richiesta
di misure di protezione contro i fulmini non deriva direttamente dalla semplice esistenza di un impianto fotovoltaico.
Tuttavia gli impianti fotovoltaici possono causare l'ingresso
nell'edificio di interferenze rilevanti. Quindi è necessario determinare il rischio derivante dai fulmini, secondo la norma
CEI EN 62305-2 (CEI 81-10/2), e prendere in considerazione i
370 GUIDA ALLA PROTEZIONE CONTRO I FULMINI
risultati della relativa analisi dei rischi al momento dell'installazione del sistema fotovoltaico. A questo scopo, DEHN offre
lo strumento software DEHNsupport Toolbox che consente di
determinare il rischio. L'analisi dei rischi effettuata per mezzo
di questo strumento software fornisce un risultato comprensibile da tutte le parti coinvolte. Il software confronta il rischio
con le spese tecniche e fornisce misure di protezione economicamente ottimizzate.
La sezione 4.5 (Gestione del rischio) dell'Integrazione 5 della
norma tedesca DIN EN 62305-3 descrive un sistema di protezione antifulmine in classe LPS III (LPL III) che risponde ai
normali requisiti degli impianti fotovoltaici. Inoltre, le linee
guida tedesche VdS 2010, pubblicate dell'associazione generale tedesca del settore assicurativo, elencano adeguate
misure di protezione contro i fulmini (orientate al rischio
di fulminazione e alla protezione contro le sovratensioni).
Tali linee guida richiedono per i sistemi fotovoltaici anche
l'installazione sul tetto di un impianto antifulmine in classe
LPS III (> 10 kWp) nonché l'installazione di misure di protezione contro le sovratensioni.
Come regola generale, i sistemi fotovoltaici sul tetto non devono interferire con le misure di protezione antifulmine.
Necessità della protezione contro le sovratensioni
per gli impianti FV
In caso di fulmini, nei conduttori elettrici vengono indotte
delle sovratensioni. I dispositivi di protezione (SPD), da installare a monte dei dispositivi da proteggere (in corrente
alternata, continua e dati), si sono dimostrati molto efficaci
nel proteggere i sistemi elettrici da questi picchi distruttivi
di tensione. La sezione 9.1 della norma CEI CLC/TS 5053912 (CEI 37-12) (Selezione e principi di applicazione - SPD
collegati agli impianti fotovoltaici) richiede l'installazione
di dispositivi di protezione contro le sovratensioni, a meno
che l'analisi dei rischi dimostri che essi non sono necessari.
Secondo la norma IEC 60364-4-44 (HD 60364-4-44), i dispositivi di protezione vanno installati anche negli edifici senza
protezione contro i fulmini esterna, come edifici commerciali
e industriali, ad esempio strutture agricole. L'integrazione 5
della norma tedesca DIN EN 62305-3 fornisce una descrizione dettagliata dei tipi di SPD e dei relativi punti di installazione.
Passaggio dei cavi dei sistemi fotovoltaici
I cavi devono essere disposti in modo tale da evitare conduttori passanti di grandi dimensioni. Questo principio va rispettato quando si combinano i circuiti in corrente continua per
formare una stringa (cioè una serie) e nell'interconnessione
tra stringhe diverse. Inoltre, le linee dati o dei sensori non
vanno instradate su più stringhe che formano ampie spire
conduttrici. Questo principio va rispettato anche per il col-
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sottostruttura
metallica
collegamento
equipotenziale
2
almeno 6 mm
Cu
sistema di protezione
esterno contro il
fulmine; la distanza di
isolamento
viene mantenuta
Figura 9.18.1 Messa a terra funzionale dei sistemi di montaggio, se
non è installata una protezione contro i fulmini esterna o se viene mantenuta la distanza di isolamento
(DIN EN 62305-3, Integrazione 5)
sottostruttura
metallica
collegamento
equipotenziale
2
almeno 6 mm
Cu
collegamento che trasporta
la corrente di fulmine
sistema di protezione
esterno contro il
fulmine; la distanza di
isolamento viene
mantenuta
Figura 9.18.2 Collegamento equipotenziale antifulmine per i sistemi di montaggio, se la distanza di isolamento non
viene mantenuta
Figura 9.18.3 Morsetto di messa a terra UNI: un elemento intermedio in acciaio inossidabile impedisce la corrosione di
contatto, stabilendo così dei collegamenti affidabili a
lungo termine tra i diversi materiali conduttori
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legamento dell'inverter alla rete. Per questo motivo, le linee
di potenza (corrente continua e alternata ) e linee dati (ad
esempio sensore di radiazioni, controllo della resa) devono
essere instradate insieme ai conduttori del collegamento
equipotenziale lungo tutto il loro percorso.
Messa a terra dei sistemi fotovoltaici
I moduli fotovoltaici sono generalmente fissati su supporti di
metallo. Il componenti fotovoltaici sotto tensione sul lato a
corrente continua presentano un isolamento doppio o rinforzato (paragonabile al precedente isolamento protettivo) come
richiesto dalla norma IEC 60364-4-41. La combinazione di
numerose tecnologie sul lato modulo e sul lato inverter (ad
esempio con o senza isolamento galvanico) genera requisiti
diversi per la messa a terra. Inoltre, il sistema di monitoraggio
dell'isolamento integrato nell'inverter è sempre efficace solo
se il sistema di montaggio è collegato a terra. Informazioni
sulla realizzazione pratica si trovano nell'integrazione 5 della
norma tedesca DIN EN 62305-3. La sottostruttura metallica
è funzionalmente collegata a terra se il sistema fotovoltaico
si trova nel volume protetto del sistema di captazione e viene rispettata la distanza di isolamento. La sezione 7 dell'integrazione 5 richiede, per la messa a terra funzionale, conduttori in rame con sezione di almeno 6 mm2 o equivalente
(Figura 9.18.1). Anche le guide di montaggio devono essere
permanentemente collegate tra loro per mezzo di conduttori
di questa sezione. Se il sistema di montaggio è direttamente
collegato alla protezione contro i fulmini esterna perché non
è possibile mantenere la distanza di isolamento s, questi conduttori diventano parte dell'equipotenzialità antifulmine. Di
conseguenza, questi elementi devono essere in grado di trasportare le correnti di fulmine. Il requisito minimo per un sistema di protezione antifulmine in classe LPS III è un conduttore
di rame con una sezione di 16 mm2 o equivalente. Anche in
questo caso, le guide di montaggio devono essere permanentemente collegate tra loro per mezzo di conduttori di questa
sezione (Figura 9.18.2). La massa funzionale / equipotenzialità antifulmine deve essere disposta in parallelo e il più vicino
possibile ai cavi/linee in corrente continua/alternata.
I morsetti di messa a terra UNI (Figura 9.18.3) si possono
fissare su tutti i comuni sistemi di ancoraggio. Essi collegano, ad esempio, conduttori in rame con una sezione di 6 o
16 mm2 e fili tondi nudi con un diametro da 8 a 10 mm al
sistema di montaggio in modo che possano trasportare la
corrente di fulmine. Le piastre di contatto integrate in acciaio
inox (V4A) garantiscono una protezione contro la corrosione
per i sistemi di fissaggio in alluminio.
Distanza di isolamento s secondo la norma
CEI EN 62305-3 (CEI 81-10/3)
Bisogna mantenere una certa distanza s tra un sistema di
protezione antifulmine e un sistema fotovoltaico. Questa di-
GUIDA ALLA PROTEZIONE CONTRO I FULMINI 371
stanza è la distanza necessaria per evitare scariche elettriche
incontrollate tra parti metalliche adiacenti a causa di un fulmine che colpisce la protezione contro i fulmini esterna. Nel
peggiore dei casi, tale scarica incontrollata può incendiare
l'edificio. In tal caso, i danni al sistema fotovoltaico diventano irrilevanti. I dettagli sul calcolo della distanza di isolamento s si trovano nel capitolo 5.6; tale calcolo può essere
svolto facilmente e rapidamente con lo strumento software
DEHN Distance Tool (capitolo 3.3.2 ).
Ombre nette sulle celle solari
Una certa distanza tra il generatore fotovoltaico e la protezione contro i fulmini esterna è assolutamente indispensabile
per evitare una eccessiva ombreggiatura. Ombre diffuse, per
esempio quelle proiettate da linee aeree, non influenzano significativamente il sistema FV e la sua resa. Tuttavia, in caso
di ombre nette, l'oggetto proietta sulla superficie un'ombra
scura chiaramente delineata, che modifica la corrente che
scorre attraverso i moduli fotovoltaici. Per questo motivo,
le celle solari e i relativi diodi di by-pass non devono essere influenzati da ombre nette. Questo si ottiene mantenendo una distanza sufficiente. Per esempio, se un'asta di captazione con un diametro di 10 mm ombreggia un modulo,
l'ombra netta da essa proiettata si riduce progressivamente
con l'aumentare della sua distanza dal modulo. Dopo 1,08 m
viene proiettata sul modulo solo un'ombra diffusa (Figura
9.18.4). L'Allegato A dell'integrazione 5 della norma tedesca
DIN EN 62305-3 fornisce informazioni più dettagliate sul calcolo delle ombre nette.
Dispositivi di protezione speciali contro le
sovratensioni per il lato a corrente continua dei
sistemi fotovoltaici
Le caratteristiche U/I dei generatori di corrente fotovoltaici sono molto diverse da quelle dei generatori convenzionali di corrente continua, in quanto presentano una curva
distanza l
in mm
Ø asta di
captazione
in mm
ombra netta
Ø asta di captazione
Fattore x
= distanza l
10 mm
108
1,08 m
16 mm
108
1,76 m
Figura 9.18.4 Distanza tra il modulo e l'asta di captazione necessaria per evitare le ombre nette
U [V]
generatore fotovoltaico
UOC
UOC
ULB = f (i)
punto di
funzionamento
fonte di alimentazione
CC convenzionale
ISC
Figura 9.18.5
I [A]
Curva caratteristica di una sorgente a corrente continua convenzionale rispetto alla curva caratteristica di un generatore fotovoltaico.
Quando si commutano delle sorgenti FV, la caratteristica del generatore FV passa attraverso la gamma di tensione dell'arco voltaico
Numero dei conduttori di messa a terra della protezione contro i fulmini esterna
Classe di LPS e max.
corrente di fulmine
(10/350 ms)
<4
≥4
Valori dei limitatori di tensione Tipo 1 o dei dispositivi SPD Tipo 1 combinati (cablaggio
a V) sulla base di una selezione di I8/20 (8/20 µs) e I10/350 (10/350 µs)
ISPD1 = ISPD2
I8/20 / I10/350
ISPD3 = ISPD1 + ISPD2 = Itotale
I8/20 / I10/350
ISPD1 = ISPD2
I8/20 / I10/350
ISPD3 = ISPD1 + ISPD2 = Itotale
I8/20 / I10/350
I o sconosciuto
200 kA
17 / 10
34 / 20
10 / 5
20 / 10
II
150 kA
12,5 / 7,5
25 / 15
7,5 / 3,75
15 / 7,5
III e IV
100 kA
8,5 / 5
17 / 10
5 / 2,5
10 / 5
Tabella 9.18.1 Selezione della minima capacità di scarica degli SPD a limitazione di tensione Tipo 1 (varistori) o SPD combinati Tipo 1 (cablaggio
a V di varistori e spinterometri); secondo CEI CLC/TS 50539-12 (CEI 37-12) (Tabella A.1)
372 GUIDA ALLA PROTEZIONE CONTRO I FULMINI
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Numero dei conduttori di messa a terra della protezione contro i fulmini esterna
Classe di LPS e max.
corrente da fulmine
(10/350 ms)
<4
≥4
Valori della tensione di commutazione per SPD Tipo 1 o SPD Tipo 1 combinati (collegamento in parallelo)
ISPD1 = ISPD2
Iimp
ISPD3 = ISPD1 + ISPD2 = Itotale
Iimp
ISPD1 = ISPD2
Iimp
ISPD3 = ISPD1 + ISPD2 = Itotale
Iimp
12,5
25
I o sconosciuto
200 kA
25
50
II
150 kA
18,5
37,5
9
18
III e IV
100 kA
12,5
25
6,25
12,5
Tabella 9.18.2 Selezione della minima capacità di scarica degli SPD Tipo 1 (spinterometri) o SPD combinati Tipo 1 (collegamento in parallelo di
varistori e spinterometri); secondo CEI CLC/TS 50539-12 (CEI 37-12) (Tabella A.2)
Condizione
originale
SCI
1. Distacco
SCI
2. Estinzione
dell'arco
3. Isolamento
elettrico
SCI
SCI
Figura 9.18.7 Fasi di commutazione del dispositivo di commutazione a corrente continua a tre stadi integrato nel
dispositivo Dehnguard M YPV SCI … (FM)
Figura 9.18.6 Scaricatore combinato YPV SCI DEHNcombo Tipo 1
per la protezione dei sistemi fotovoltaici da sovratensioni e correnti parziali di fulmine
caratteristica non lineare (Figura 9.18.5) e provocano la
persistenza a lungo termine degli archi innescati. Questa
caratteristica unica delle sorgenti di corrente FV non solo
richiede interruttori e fusibili di maggiori dimensioni, ma anche un disconnettore per il dispositivo di protezione contro
le sovratensioni adatto ad essa, in grado di far fronte alle
correnti fotovoltaiche. L'integrazione 5 della norma tedesca
DIN EN 62305-3 (sottosezione 5.6.1, Tabella 1) descrive la
selezione di SPD adeguati.
Per facilitare la scelta dei dispositivi SPD Tipo 1, le Tabelle
9.18.1 e 9.18.2 mostrano la necessaria capacità di condurre gli impulsi della corrente di fulmine Iimp in funzione della
classe LPS, del numero di calate della protezione antifulmine
esterna, come pure del tipo di SPD (limitatore di tensione
a varistore o commutatore di tensione spinterometrico). Si
devono utilizzare SPD conformi alla norma CEI EN 50539-11
(CEI 37-11). Anche il paragrafo 9.2.2.7 della norma CEI CLC/
TS 50539-12 (CEI 37-12) fa riferimento a questa norma.
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Figura 9.18.8 Scaricatore spinterometrico combinato Tipo 1 DEHNlimit PV 1000 V2
Scaricatore Tipo 1 in corrente continua per impianti
fotovoltaici: scaricatore combinato multipolare in
corrente continua Tipo 1 + Tipo 2 DEHNcombo YPV
SCI (FM)
Con la tecnologia integrata SCI, gli scaricatori combinati
DEHNcombo YPV SCI (FM) (Figura 9.18.6) soddisfano i requisiti sopra indicati. In aggiunta al circuito a prova di guasti
GUIDA ALLA PROTEZIONE CONTRO I FULMINI 373
SCI
SCI
Figura 9.18.9 Limitatore di sovratensione modulare Dehnguard M
YPV SCI … (FM) Tipo 2 con circuito Y a prova di errore e dispositivo di commutazione a corrente continua
a tre stadi
Figura 9.18.11
Figura 9.18.10
Limitatore di sovratensione Tipo 2 DEHNcube YPV
SCI 1000 1M, pronto per l'installazione
Y, lo scaricatore DEHNcombo YPV SCI (FM) integra un dispositivo di commutazione a corrente continua a tre stadi (tecnologia SCI). Questo dispositivo di commutazione a corrente
continua consiste di un disconnettore e di un dispositivo di
corto circuito a controllo termodinamico, nonché di un fusibile nel percorso di by-pass. Questo circuito (Figura 9.18.7)
scollega in sicurezza lo scaricatore dal generatore di tensione
in caso di sovraccarico ed estingue in modo affidabile gli archi in corrente continua. Perciò, DEHNcombo YPV SCI (FM)
consente di proteggere i generatori fotovoltaici fino a 1000
A senza prefusibili aggiuntivi. Questo scaricatore combina
uno scaricatore della corrente di fulmine e un limitatore di
sovratensione in un unico dispositivo, garantendo così un'efficace protezione delle apparecchiature utilizzatrici. Con la
sua capacità di scarica Itotale di 12,5 kA (10/350 µs), può essere utilizzato in modo flessibile per le classi più alte di LPS.
DEHNcombo YPV SCI (FM) è disponibile per tensioni UCPV di
374 GUIDA ALLA PROTEZIONE CONTRO I FULMINI
SPD Dehnguard Tipo 2 integrato nell'inverter per i
lati a corrente alternata e continua
600 V, 1000 V e 1500 V e ha una larghezza di soli 4 moduli.
Pertanto, DEHNcombo YPV SCI (FM) è lo scaricatore combinato Tipo 1 ideale per l'impiego nei sistemi di alimentazione
fotovoltaica.
I dispositivi SPD spinterometrici a commutazione di tensione
Tipo 1, ad esempio DEHNlimit PV 1000 V2, (Figura 9.18.8),
sono un'altra potente tecnologia che permette lo scarico
delle correnti di fulmine parziali negli impianti fotovoltaici a
corrente continua. Grazie alla sua tecnologia spinterometrica
e al circuito di estinzione in corrente continua che consentono di proteggere in modo efficace i sistemi elettronici a valle,
questa serie di scaricatori ha una capacità di scarica della
corrente di fulmine Itotale di 50 kA (10/350 µs) molto elevata,
che la rende unica sul mercato.
Scaricatore Tipo 2 in corrente continua per l'impiego
nei sistemi fotovoltaici: DEHNcube YPV SCI ...
Il funzionamento affidabile dei dispositivi SPD nei circuiti FV
in corrente continua è indispensabile quando si utilizzano
dispositivi di protezione contro le sovratensioni Tipo 2. A tal
fine, i limitatori di sovratensione DEHNguard M YPV SCI …
(FM) e DEHNcube YPV SCI ... dispongono anche di un circuito di protezione Y a prova di guasto e della tecnologia SCI
(Figure 9.18.9 e 9.18.10) e sono anche collegabili a generatori fotovoltaici fino a 1000 A senza l'impiego di prefusibili.
Le numerose tecnologie combinate in questi scaricatori prevengono i danni al dispositivo di protezione contro le sovratensioni dovute ai guasti dell'isolamento nel circuito FV, pre-
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GJB
PC
6 mm2 Cu
=
~
DNO
M M
SEB
MEB
Num. in Fig.
DNO
GJB
M
MEB
SEB
Operatore della rete di distribuzione
Scatola di derivazione del generatore
Contatore
Barra equipotenziale principale
Quadro di consegna energia
SPD * FM = contatto di segnalazione flottante remoto
Art.
Ingresso C.C. dell'inverter
Per MPPT
DEHNguard DG M YPV SCI 1000 FM *
952 515
Per 1 MPPT
DEHNcube DCU YPV SCI 1000 1M
900 910
Per 2 MPPTs
DEHNcube DCU YPV SCI 1000 2M
900 920
DEHNguard DG M TNS 275 FM *
952 405
Sistema TN-C
DEHNguard DG M TNC CI 275 FM *
952 309
Sistema TN-S
DEHNguard DG M TNS CI 275 FM *
952 406
Sistema TT
DEHNguard DG M TT CI 275 FM *
952 327
Uscita AC dell'inverter
Sistema TN-S
Ingresso a bassa tensione
Interfaccia dati
Due coppie, anche con diverse tensioni di
esercizio, fino a 180 V
BLITZDUCTOR BXTU ML4 BD 0-180
+ basetta BXT BAS
920 349
+ 920 300
Messa a terra funzionale
Collegamento equipotenziale funzionale
Figura 9.18.12
Morsetto di messa a terra UNI
540 250
Edificio senza LPS esterno - Situazione A (Integrazione 5 della norma DIN EN 62305-3)
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GUIDA ALLA PROTEZIONE CONTRO I FULMINI 375
distanza di
isolamento
mantenuta
≥s
GJB
=
PC
6 mm2 Cu
~
M M
DNO
SEB
MEB
Num. in Fig.
DNO
GJB
M
MEB
s
SEB
Operatore della rete di distribuzione
Scatola di derivazione del generatore
Contatore
Barra equipotenziale principale
Distanza di isolamento
Quadro di consegna energia
SPD * FM = contatto di segnalazione flottante remoto
Art.
Ingresso C.C. dell'inverter
Per MPPT
DEHNguard DG M YPV SCI 1000 FM *
952 515
Per 1 MPPT
DEHNcube DCU YPV SCI 1000 1M
900 910
Per 2 MPPTs
DEHNcube DCU YPV SCI 1000 2M
900 920
DEHNguard DG M TNS 275 FM *
952 405
Sistema TN-C
DEHNventil DV M TNC 255 FM *
951 305
Sistema TN-S
DEHNventil DV M TNS 255 FM *
951 405
Sistema TT
DEHNventil DV M TT 255 FM *
951 315
Uscita AC dell'inverter
Sistema TN-S
Ingresso a bassa tensione
Interfaccia dati
Due coppie, anche con diverse tensioni di
esercizio, fino a 180 V
BLITZDUCTOR BXTU ML4 BD 0-180
+ basetta BXT BAS
920 349
+ 920 300
Messa a terra funzionale / protezione contro i fulmini esterna
Figura 9.18.13
Collegamento equipotenziale funzionale
Morsetto di messa a terra UNI
Dispositivo di captazione
Asta di captazione con
basamento in calcestruzzo (8,5 kg)
540 250
101 000
+ 102 075
Edificio con LPS esterno e una sufficiente distanza di isolamento - Situazione B (Integrazione 5 della norma DIN EN 62305-3)
376 GUIDA ALLA PROTEZIONE CONTRO I FULMINI
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re. La norma CEI CLC/TS 50539-12 (CEI 37-12) richiede che
la tensione Up sia almeno il 20% inferiore rispetto alla rigidità dielettrica del sistema fotovoltaico. I dispositivi SPD Tipo 1
o 2 devono essere energeticamente coordinati con l'ingresso
dell'apparecchiatura utilizzatrice. Se i dispositivi SPD sono
già integrati nelle apparecchiature utilizzatrici, il coordinamento tra SPD Tipo 2 e il circuito di ingresso di tali apparecchiature è garantita dal costruttore (Figura 9.18.11).
Esempi di applicazione:
Figura 9.18.14
Determinazione del volume protetto utilizzando il
metodo dell'angolo di protezione
vengono il rischio di incendio causato dal sovraccarico dello
scaricatore e mettono il dispositivo in uno stato elettrico di
sicurezza, il tutto senza interrompere il funzionamento del
sistema fotovoltaico. Grazie al circuito di protezione, è possibile sfruttare appieno la caratteristica di limitazione della
tensione dei varistori anche nei circuiti in corrente continua
dei sistemi fotovoltaici. Inoltre, la protezione contro le sovratensioni sempre attiva minimizza numerosi piccoli picchi di
tensione. In tal modo la tecnologia SCI aumenta la durata
dell'intero lato a corrente continua del sistema fotovoltaico.
Edificio privo di protezione contro i fulmini esterna
La Figura 9.18.12 mostra il concetto di protezione contro
le sovratensioni per un sistema fotovoltaico installato in un
edificio privo di protezione contro i fulmini esterna. A causa
dell'accoppiamento induttivo derivante dalla caduta di fulmini nelle vicinanze, delle sovratensioni pericolose possono
penetrare nell'impianto FV, o passare dal sistema di alimentazione attraverso la rete elettrica. Gli SPD Tipo 2 vanno installati nei seguenti punti:
¨¨ lato corrente continua dei moduli e inverter,
¨¨ uscita AC dell'inverter,
¨¨ quadro di distribuzione di rete a bassa tensione,
¨¨ interfacce di comunicazione via cavo.
Tutti gli ingressi in corrente continua (MPP) dell'inverter
vanno salvaguardati da un dispositivo di protezione contro
le sovratensioni Tipo 2, ad esempio DEHNguard M YPV SCI
Selezione dei dispositivi SPD secondo il livello di
… (FM), che protegge in modo affidabile il lato a corrente
protezione della tensione Up
continua dei sistemi fotovoltaici. Se la distanza fra l'ingresso
La tensione di funzionamento sul lato a corrente continua dei
dell'inverter e il generatore fotovoltaico supera i 10 m, la
sistemi fotovoltaici differisce da un sistema all'altro. Attualnorma CEI CLC/TS 50539-12 (CEI 37-12) richiede l'installamente sono possibili valori fino a 1500 V CC. Di conseguenza
zione di un ulteriore scaricatore Tipo 2 per corrente continua
differisce anche la rigidità dielettrica dell'apparecchiatura
sul lato del modulo.
utilizzatrice. Al fine di garantire che il sistema fotovoltaico
Le uscite in corrente alternata degli inverter sono sufficientesia protetto in modo affidabile, il livello di protezione della
mente protette se la distanza tra gli inverter dell'impianto FV
tensione Up del dispositivo SPD deve essere inferiore rispetto
e il punto di installazione dello scaricatore Tipo 2 alla connesalla rigidità dielettrica del sistema fotovoltaico da proteggesione di rete (ingresso a bassa tensione) è inferiore a 10 m. Per
cavi di lunghezza maggiore bisogna
installare a monte dell'ingresso in
distanza di isolamento
il raggio della sfera
s
corrente alternata dell'inverter un
angolo
di
asta di
rotolante dipende
ulteriore dispositivo di protezione
captazione protezione
dalla classe LPS
contro le sovratensioni Tipo 2, per
esempio Dehnguard M … 275, in
conformità alla norma CEI CLC/TS
50539-12 CEI 37-12).
Inoltre, deve essere installato un
dispositivo di protezione contro
le sovratensioni Tipo 2 Dehnguard
Figura 9.18.15 Confronto tra il metodo della sfera rotante e il metodo dell'angolo di protezione, per M…CI 275 (FM) a monte del contatore posto sull'ingresso a bassa
la determinazione del volume protetto
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GUIDA ALLA PROTEZIONE CONTRO I FULMINI 377
Figura 9.18.16
Scaricatore DEHNcube YPV SCI 1000 1M Tipo 2 per
proteggere gli invertitori (1 MPPT)
tensione. CI (interruzione del circuito) è l'acronimo del fusibile coordinato che viene integrato nel percorso del dispositivo
protezione, consentendone l'impiego nel circuito a corrente
alternata senza prefusibile. Il dispositivo DEHNguard M … CI 275 (FM) è disponibile per tutte le configurazioni dei sistemi a bassa tensione (TN-C, TN-S, TT).
Se gli inverter sono collegati a linee dati e linee sensori per
monitorare la resa, sono necessari degli adeguati dispositivi
di protezione contro le sovratensioni. Per i sistemi dati tipo
RS 485 si può utilizzare il dispositivo BLITZDUCTOR XTU, dotato di morsetti per due coppie filari, ad esempio per i dati in
entrata e in uscita.
Edificio dotato di protezione contro i fulmini
esterna e sufficiente distanza di isolamento s
(situazione B)
La Figura 9.18.13 illustra il concetto di protezione contro
le sovratensioni per un sistema fotovoltaico dotato di protezione contro i fulmini esterna e una sufficiente distanza di
isolamento s tra il sistema fotovoltaico e il sistema di protezione contro i fulmini.
Il principale obiettivo è quello di evitare danni alle persone
e ai beni (incendio dell'edificio) derivanti da un fulmine. In
questo contesto, è importante che il sistema fotovoltaico non
interferisca con la protezione contro i fulmini esterna. Inoltre, il sistema fotovoltaico stesso deve essere protetto dalla
fulminazione diretta. Ciò significa che il sistema fotovoltaico va installato nel volume protetto dalla protezione contro
i fulmini esterna. Questo volume è formato dai sistemi di
captazione (ad esempio aste di captazione) che impediscono la fulminazione diretta dei moduli fotovoltaici e dei cavi.
378 GUIDA ALLA PROTEZIONE CONTRO I FULMINI
Per determinare il volume protetto si possono utilizzare il
metodo dell'angolo di protezione (Figura 9.18.14) o il metodo della sfera rotolante (Figura 9.18.15) come descritto
al punto 5.2.2 della norma CEI EN 62305-3 (CEI 81-10/3).
Bisogna mantenere una certa distanza di isolamento s tra
tutte le parti conduttrici del sistema fotovoltaico e il sistema
di protezione antifulmine. In questo contesto bisogna evitare
le ombre nette, per esempio, mantenendo una distanza sufficiente tra l'asta di captazione e i moduli FV.
Il collegamento equipotenziale antifulmine costituisce una
parte integrante del sistema di protezione contro i fulmini.
Deve essere realizzato per tutti i sistemi conduttivi e le linee
che entrano nell'edificio e che possono trasportare la correnti di fulmine. Ciò si ottiene collegando direttamente tutti
i sistemi metallici (e indirettamente tutti i sistemi alimentati)
tramite scaricatori della corrente di fulmine Tipo 1 al sistema
dei dispersori. Il collegamento equipotenziale antifulmine va
realizzato nella posizione più prossima possibile al punto di
ingresso nell'edificio, per impedire l'ingresso delle correnti
parziali di fulmine nell'edificio stesso. La connessione alla
rete deve essere protetta da un dispositivo SPD spinterometrico multipolare Tipo 1, ad esempio uno scaricatore combinato Tipo 1 DEHNventil M … 255 . Questo scaricatore combina in un unico dispositivo uno scaricatore della corrente
di fulmine e un limitatore di sovratensione. Se la lunghezza
del cavo tra lo scaricatore e l'inverter è inferiore a 10 m, la
protezione è sufficiente. In caso di cavo più lungo, bisogna
installare ulteriori dispositivi di protezione contro le sovratensioni Tipo 2 Dehnguard M a monte dell'ingresso in corrente alternata degli inverter, in conformità alla norma CEI CLC/
TS 50539-12. (CEI 37-12)
Tutti gli ingressi in corrente continua dell'inverter vanno protetti da uno scaricatore Tipo 2 per impianti FV, per esempio
DEHNcube YPV SCI … (Figura 9.18.16). Questo vale anche
per i dispositivi senza trasformatore. Se gli inverter sono
collegati a linee dati, ad esempio per monitorare la resa,
bisogna installare dei dispositivi di protezione contro le sovratensioni per salvaguardare la trasmissione dei dati. A tale
scopo si possono utilizzare i dispositivi BLITZDUCTOR XTU
con tecnologia actiVsense per le linee con segnale analogico
e per i bus dati tipo RS485. Questi dispositivi rilevano automaticamente la tensione di funzionamento del segnale utile
e regolano di conseguenza il livello di protezione.
Conduttore isolato HVI resistente alle tensioni
elevate
Un'altra possibilità per mantenere la distanza di isolamento
s è quella di impiegare dei conduttori isolati HVI resistenti
alle tensioni elevate, che consentono di mantenere una distanza s fino a 0,9 m in aria. I conduttori HVI possono entrare
direttamente in contatto con il sistema fotovoltaico a valle
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distanza di
isolamento
non mantenuta
<s
GJB
=
PC
16 mm2 Cu
~
DNO
GJB
M
MEB
s
SEB
M M
DNO
SEB
MEB
Num. in Fig.
Operatore della rete di distribuzione
Scatola di derivazione del generatore
Contatore
Barra equipotenziale principale
Distanza di isolamento
Quadro di consegna energia
SPD * FM = contatto di segnalazione flottante remoto
Art.
Ingresso C.C. dell'inverter
Per MPPT
DEHNcombo DCB YPV SCI 1000 FM *
900 066
DEHNshield DSH TNS 255
941 400
Impianto TN-C
DEHNventil DV M TNC 255 FM *
951 305
Impianto TN-S
DEHNventil DV M TNS 255 FM *
951 405
Impianto TT
DEHNventil DV M TT 255 FM *
951 315
Uscita AC dell'inverter
Impianto TN-S
Ingresso a bassa tensione
Interfaccia dati
Due coppie, anche con diverse tensioni di
esercizio, fino a 180 V
BLITZDUCTOR BXTU ML4 BD 0-180
+ basetta BXT BAS
920 349
+ 920 300
Messa a terra funzionale / protezione contro i fulmini esterna
Figura 9.18.17
Collegamento equipotenziale funzionale
Morsetto di messa a terra UNI
Dispositivo di captazione
Asta di captazione con
basamento in calcestruzzo (8,5 kg)
540 250
101 000
+ 102 075
Edificio con LPS esterno e insufficiente distanza di isolamento - Situazione C (Supplemento 5 della norma DIN EN 62305-3)
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GUIDA ALLA PROTEZIONE CONTRO I FULMINI 379
quadro AC
(interfaccia ai cavi in sito)
collegamento
alimentazione AC
=
~
=
~
=
~
=
~
=
~
=
d.c.
~
a.c.
cavi AC (interconnessi)
cavi montati in fabbrica
Figura 9.18.18
cavi posati in sito
Esempio: edificio senza protezione contro i fulmini esterna; protezione contro le sovratensioni per un microinverter situato nel
quadro di collegamento dei cavi in sito
dell'estremità di tenuta. Informazioni più dettagliate sull'applicazione e l'installazione di conduttori HVI sono fornite
nella presente Guida alla protezione contro i fulmini o nelle
rispettive istruzioni di installazione.
Edificio esterno dotato di protezione contro i
fulmini esterna con insufficiente distanza di
isolamento s (situazione C)
Se la copertura è realizzata in metallo o è formata dal sistema fotovoltaico stesso, non è possibile assicurare la distanza di isolamento s. I componenti metallici del sistema
di montaggio FV vanno collegati alla protezione contro i fulmini esterna in modo che possano trasportare le correnti di
fulmine (conduttore di rame con sezione di almeno 16 mm2
o equivalente). Ciò significa che bisogna realizzare un collegamento equipotenziale antifulmine anche per linee FV che
entrano nell'edificio dall'esterno (Figura 9.18.17). Secondo
l'Integrazione 5 della norma tedesca DIN EN 62305-3 e la
norma CEI CLC/TS 50539-12 (CEI 37-12), le linee in corrente
continua vanno protette da un SPD Tipo 1 per sistemi fotovoltaici.
A questo scopo si impiega lo scaricatore combinato Tipo 1
e Tipo 2 DEHNcombo YPV SCI (FM). Anche sull'ingresso a
bassa tensione bisogna realizzare un collegamento equipotenziale antifulmine. Se uno o più inverter sono posti a più
di 10 m dal dispositivo SPD Tipo 1 installato presso il collegamento alla rete, deve essere installato un ulteriore SPD
Tipo 1 sul lato corrente alternata degli inverter (ad esempio,
380 GUIDA ALLA PROTEZIONE CONTRO I FULMINI
lo scaricatore combinato Tipo 1 e Tipo 2 DEHNshield... 255).
Bisogna inoltre installare idonei dispositivi di protezione
contro le sovratensioni per proteggere le corrispondenti linee dati per il controllo della resa. I dispositivi di protezione
BLITZDUCTOR XTU sono utilizzati per proteggere i sistemi
dati, ad esempio, tipo RS 485.
Sistemi fotovoltaici con microinverter
I microinverter richiedono un diverso concetto di protezione
contro le sovratensioni. Infatti, la linea a corrente continua
di un modulo (o di una coppia di moduli) viene direttamente
collegata all'inverter di ridotte dimensioni. In questo processo bisogna evitare la formazione di inutili spire conduttive.
L'accoppiamento induttivo in strutture a corrente continua di
dimensioni così ridotte di solito ha un potenziale energetico
distruttivo piuttosto basso. I lunghi cablaggi di un sistema
fotovoltaico con microinverter si trovano sul lato a corrente
alternata (Figura 9.18.18). Se il microinverter è montato
direttamente sul modulo, i dispositivi di protezione contro le
sovratensioni possono essere installati solo sul lato corrente
alternata:
¨¨ Edifici senza protezione contro i fulmini esterna = scaricatori Dehnguard M … 275 Tipo 2 per corrente alternata/
trifase in prossimità dei microinverter e Dehnguard …
275 CI sull'ingresso a bassa tensione.
¨¨ Edifici dotati di protezione contro i fulmini esterna e distanza di isolamento s sufficiente = scaricatori Tipo 2, ad
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esempio DEHNguard M … 275 molto in prossimità dei
microinverter e scaricatori della corrente di fulmine Tipo
1 all'ingresso in bassa tensione, per esempio DEHNventil
M ... 255.
¨¨ Edifici dotati di protezione contro i fulmini esterna e distanza di isolamento s in sufficiente = scaricatori Tipo
1, per esempio DEHNshield … 255 in prossimità dei microinverter e scaricatori della corrente di fulmine Tipo 1
DEHNventil M ... 255 sull'ingresso a bassa tensione.
Indipendentemente dallo specifico costruttore, i microinverter comprendono dei sistemi di monitoraggio dei dati. Se i
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dati sono modulati sulle linee in corrente alternata attraverso i microinverter, bisogna dotare le unità riceventi separate
(esportazione/elaborazione dati) di un dispositivo di protezione contro le sovratensioni (ad esempio DEHNbox DBX KT BD).
Lo stesso vale per le connessioni di interfaccia con i sistemi
di bus a valle e la loro alimentazione (ad es. Ethernet, ISDN).
Gli impianti fotovoltaici sono divenuti una parte integrante
dei moderni impianti elettrici. Essi devono essere dotati di
scaricatori della corrente di fulmine e limitatori di sovraten-
GUIDA ALLA PROTEZIONE CONTRO I FULMINI 381
382 GUIDA ALLA PROTEZIONE CONTRO I FULMINI
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