a
ttualità
e
lettrotecnica - aprile
2017
- numero
3
misurano la tensione ai capi degli IGBT quan-
do il gate riceve l’impulso. Se tale tensione
fosse maggiore di una soglia predeterminata,
il circuito di controllo spegne gli IGBT. Tale
protezione, denominata protezione di DESAT
(desaturazione), blocca gli IGBT entro pochi
microsecondi, inibendo il passaggio di cor-
rente che ha superato un determinato limite.
Di conseguenza, il contributo alla corrente di
guasto dell’impianto fotovoltaico e degli accu-
muli viene eliminato interrompendo il segnale
di pilotaggio degli IGBT. Tuttavia, il contributo
al guasto della rete in c.a. continua a passare
attraverso il convertitore tramite i suoi diodi di
ricircolo non controllati. Pertanto, idonei di-
spositivi di protezione esterni devono essere
installati al fine d’interrompere la corrente di
guasto e proteggere il convertitore.
Protezione dai guasti
È da notare che, mentre per la protezione dal
cortocircuito in c.c. si può utilizzare un inter-
ruttore unipolare, per la protezione contro i
guasti a terra è necessario impiegare un inter-
ruttore bipolare, perché il generatore fotovol-
taico e il sistema di accumulo possono far
passare corrente attraverso la polarità su cui il
guasto non si è verificato (i guasti possono ve-
rificarsi con uguale probabilità sulla polarità
positiva o su quella negativa).
Cortocircuito lato c.c.
In caso di cortocircuito lato c.c., la modulazio-
ne viene disattivata con il tempo d’intervento
effetti inaspettati. Nel caso di microrete in c.c.
passiva, in funzione della resistenza di guasto,
si presentano scenari simili a quelli descritti so-
pra, con il convertitore che passa dapprima al
funzionamento in sovramodulazione e, succes-
sivamente, al comportamento come raddrizza-
tore. Un impianto fotovoltaico o un sistema
d’accumulo, pur contribuendo a mantenere la
tensione lato c.c. a un valore superiore in con-
fronto a una microrete puramente passiva, for-
niscono una via di ritorno a bassi valori della re-
sistenza di guasto per la componente unidire-
zionale della corrente di guasto a terra.
Infatti, un guasto a terra di uno dei due poli del-
la microrete genera un percorso di ritorno per la
corrente verso il punto di neutro lato c.a. Per
bassi valori della resistenza di guasto e se il
guasto avviene sul polo positivo, il contributo al
guasto della rete in c.a. passa attraverso i diodi
di ricircolo della stella catodica del convertitore,
mentre il contributo delle fonti rinnovabili attra-
verso gli IGBT della stella anodica (figura 2).
La situazione s’inverte qualora il guasto av-
venga sul polo negativo.
Ciò può causare correnti uscenti da entrambi i
terminali del convertitore d’interfaccia, invece
che uscenti da un terminale ed entranti in un
altro come nel normale funzionamento. Tali
correnti possono essere sufficientemente ele-
vate da danneggiare il convertitore, quindi è
un errore comune trascurarle quando viene
calcolata la corrente di guasto in fase di pro-
gettazione. Nelle applicazioni reali, le prote-
zioni elettroniche inglobate nel convertitore
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tipico di una protezione DESAT (2 µs), mentre
l’apertura è ritardata di 15 ms per simulare la
presenza di un interruttore per corrente conti-
nua (figura 3).
Per ridurre le sovratensioni, l’interruttore è in-
stallato a valle rispetto ai condensatori lato c.c.
Per effetto della protezione DESAT, nei diodi
del convertitore circolano le correnti rappre-
sentate in figura 4. L’energia specifica dissipa-
ta durante il transitorio d’interruzione (“I 2 t”) è
circa 170 kA 2 s: questo valore è troppo elevato.
È, quindi, necessario un certo sovradimensio-
namento dei diodi per rendere il convertitore
capace di sopportare il transitorio.
Guasto a terra lato c.c.
È stato poi considerato il caso in cui un guasto
simile a quello descritto sopra si stabilisca tra
la polarità positiva e terra, con interruzione
eseguita da un interruttore per corrente conti-
nua. Le correnti alternate risultanti sono simili
a quelle ottenute per il cortocircuito tra le due
polarità, mentre le correnti riscontrate sulle
due polarità del convertitore sono molto diffe-
renti (figura 5). In effetti, la corrente sulla pola-
rità in cui si verifica il guasto cresce, mentre
l’altra rimane prossima a zero, grazie alla pro-
tezione DESAT. Il valore di I 2 t è circa 157 kA 2 s
ed è confrontabile con quello ottenuto per il
cortocircuito. Anche in questo caso è neces-
sario un sovradimensionamento dei diodi.
*Marco Carminati e Enrico Ragaini
ABB SpA – ABB SACE Division
Figura 3: Correnti nei due poli dell’interruttore
Figura 4: Correnti sul lato in c.a. durante l’intervento dell’interruttore
Figura 5: Correnti nei due poli dell’interruttore
Figura 2: Percorso della corrente di guasto a terra sulla polarità
positiva lato c.c. con bassa resistenza di guasto (R g ) e in presenza di
sistema di accumulo energetico Linee rosa tratteggiate: contributo alla
corrente di cortocircuito della rete in alternata attraverso il convertitore.
Linee verdi tratteggiate: contributo alla corrente di cortocircuito dei
condensatori connessi al bus c.c. Linee blu tratteggiate: contributo
alla corrente di cortocircuito del sistema di accumulo
