22
L
a connessione alla rete in corrente alter-
nata (c.a.) delle microreti in corrente con-
tinua (c.c.) in bassa tensione che inclu-
dono impianti di generazione da fonti rinnova-
bili è un argomento che sta diventando sem-
pre più rilevante. Oltre alle usuali considera-
zioni sulla connessione di questi due mondi,
altre aggiuntive devono essere fatte su come
gestire le condizioni di guasto, poiché, in fun-
zione dei possibili collegamenti a terra, gli im-
pianti fotovoltaici e i sistemi di accumulo
d’energia e i relativi convertitori elettronici
possono reagire in modo diverso ai guasti e,
quindi, avere differenti conseguenze sia per il
funzionamento della rete, sia per il comporta-
mento in caso di guasto. In particolare, qualo-
ra la microrete includa un impianto fotovoltai-
co e/o accumulatori di energia e sia connessa
alla rete di distribuzione tramite un convertito-
re d’interfaccia, una configurazione che con-
sente il passaggio di correnti di guasto dalla
rete in c.a. attraverso il convertitore stesso.
Necessità di un sistema
di protezione specifico per
assicurare
l’interruzione dei guasti
In una microrete, la sezione in c.c. è tipica-
mente separata dalla rete in alternata median-
te un convertitore d’interfaccia, il quale inietta
nella rete ogni surplus di potenza della micro-
rete o assorbe dalla rete l’eventuale potenza
aggiuntiva richiesta dai carichi e non fornibile
dalle fonti rinnovabili. Il problema più critico è
che, in caso di cortocircuito e guasto a terra
lato c.c., la maggior parte dei convertitori per
uso generale non è in grado di limitare le cor-
renti di guasto. Ciò accade in particolare nei
convertitori basati sugli IBGT (Insulated Gate
Bipolar Transistor) con diodo di ricircolo in an-
tiparallelo (figura 1). Di conseguenza, è ne-
cessaria una specifica progettazione dei si-
stemi di protezioni. Se vengono installati inter-
ruttori automatici correttamente dimensionati,
nonostante l’energia specifica passante pos-
sa causare il sovrariscaldamento dei semi-
conduttori, la corrente è limitata, la sicurezza è
preservata e si prevengono ulteriori danni al-
l’installazione. I due principali tipi di guasto da
considerare sono i cortocircuiti e i guasti a ter-
ra nella sezione in c.c.
Lato c.c. – Cortocircuito
Quando avviene un cortocircuito tra le polarità
della microrete in c.c. in assenza di sorgenti
d’energia, possono verificarsi diversi scenari,
in funzione del valore della resistenza di gua-
sto: in particolare, per elevati valori di resisten-
za di guasto, il convertitore d’interfaccia può
essere in grado di mantenere la tensione lato
a
ttualità
e
lettrotecnica - aprile
2017
- numero
3
c.c. al valore nominale, ma, al di sotto di un
determinato valore, il convertitore inizia a lavo-
rare in sovramodulazione.
La condizione limite si ha quando la resisten-
za di guasto è piccola, tendente a zero. A
questo punto, poiché la corrente di guasto
fluisce nei diodi di ricircolo, il convertitore d’in-
terfaccia lavora come un raddrizzatore a diodi
in cortocircuito. In tal caso, la corrente non è
più limitata dal convertitore stesso. La corren-
te di cortocircuito è la somma dei contributi
della rete in c.a. attraverso il convertitore e dei
condensatori posti in uscita lato c.c.
Se sono installati un impianto fotovoltaico e/o
un sistema di accumulo dell’energia, un con-
tributo addizionale alla corrente di guasto vie-
ne fornito da tali generatori, il cui valore dipen-
de dalla struttura della microrete.
D’altro canto, i componenti attivi, che includo-
no un controllore con il proprio anello di retroa-
zione della tensione, contribuiscono a mante-
nere la tensione lato c.c. a un valore più eleva-
to rispetto a una microrete puramente passiva.
Pertanto, i valori della resistenza di guasto per
cui il convertitore inizia a limitare la corrente
assorbita dalla rete in c.a. e a lavorare in so-
vramodulazione sono inferiori rispetto al caso
di una microrete puramente passiva.
Ciò significa che, in sistemi con impianti foto-
voltaici e/o sistemi di accumulo, non è possibi-
le calcolare la corrente di guasto sovrappo-
nendo i valori che si otterrebbero consideran-
do ogni singola sorgente, perché ognuna in-
fluenza le altre con modalità che non sono im-
mediatamente evidenti.
Le correnti di guasto dovranno, quindi, essere
calcolate caso per caso, tenendo in conside-
razione l’intero sistema.
Lato c.c. – Guasto a terra
Le sezioni in c.c. delle installazioni elettriche
sono generalmente isolate da terra. D’altra
parte, per ragioni di sicurezza, il trasformatore
MT/BT sul lato c.a. del convertitore ha tipica-
mente il punto di neutro dell’avvolgimento se-
condario connesso a terra. Quando si verifica
un guasto a terra sul lato c.c., la corrente di
guasto può fluire attraverso il convertitore con
di Marco Carminati e Enrico Ragaini*
protezioni dei guasti nelle
microreti in continua
Analisi della protezione dai guasti nelle microreti
in corrente continua in bassa tensione
con fonti di energia rinnovabile
e convertitore d’interfaccia
Figura 1: Componenti della corrente di cortocircuito (I sc ) in presenza
di sistema di accumulo energetico
