Page 14 - Attualità Elettrotecnica Novembre Dicembre 2019

inverter FV
e sovratensioni
Il proliferare degli impianti fotovoltaici, con le conseguenti nuove tecnologie utilizzate, rende ora necessario
l’utilizzo di opportuni dispositivi che proteggano
contro le sovratensioni
a cura di Phoenix Contact
In molti impianti fotovoltaici, gli inverter foto- voltaici devono essere protetti da sovraten- sioni non solo in ingresso, ma anche in usci-
ta. La “semplice” installazione di una protezio- ne contro le sovratensioni standard spesso non funziona a causa dell’elettronica di poten- za presente nei convertitori di corrente. Dispo- sitivi di protezione sviluppati specificatamente per questa applicazione sono in grado di risol- vere il problema. Gli inverter fotovoltaici sfrut- tano l’elettronica di potenza per generare la tensione di uscita sinusoidale dalla tensione continua in ingresso, accendendo e spegnen- do l’elettronica di potenza in una determinata sequenza temporale per creare un andamen- to sinusoidale della tensione. A causa della frequenza di clock, alla tensione d’uscita si sovrappongono picchi di tensione, effetto rientrante nell’ambito della compatibilità elet- tromagnetica (EMC).
Aspetti normativi
Le apparecchiature elettriche ed elettroniche commercializzate o importate in Europa devono soddisfare i requisiti della direttiva EMC 2014/30/CE). Per evitare disturbi reciproci e non previsti, tale direttiva impone ai dispositivi che: • debbano essere in grado di resistere ai di-
sturbi in entrata (immunità);
• possano causare emissioni elettromagneti-
che solo in quantità limitate (emissioni elet-
tromagnetiche).
Le norme settoriali di base contenute nella direttiva sulle emissioni elettromagnetiche [1,2] definiscono i valori limite in funzione della frequenza. In entrambe le norme sono considerate frequenze oltre i 150 kHz, in [1] anche frequenze da 0 ... 2 kHz. Per ridurre i disturbi in questi intervalli di frequenza ven- gono introdotte varie contromisure, come l’impiego di filtri. Tuttavia, le frequenze di clock degli inverter si trovano nel “selvaggio West dell’EMC”, vale a dire nell’intervallo di kHz ad una sola cifra oppure nel range più basso dei valori kHz a due cifre. Le emissio- ni elettromagnetiche, causate dal clocking dell’elettronica di potenza, non sono quindi soggette ad alcuna limitazione normativa.
Figura 1 - Una protezione contro le sovratensioni sviluppata per il lato di uscita di inverter fotovoltaici aumenta la disponibilità a lungo termine degli impianti FV
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attualità elettrotecnica - novembre/dicembre 2019 - numero 9
Impatto sui dispositivi
di protezione contro
le sovratensioni
C’è da aspettarsi, dunque, che possano verifi- carsi disturbi sotto forma di sovratensioni che, a seconda del circuito, si presentano in misu- ra maggiore tra conduttori attivi e conduttore di protezione/terra rispetto a quelli tra condut- tori attivi. A seconda della topologia dell’inver- ter, della tensione d’ingresso, dei tipi di filtro, eccetera possono raggiungere ampiezze di 1000 V ed oltre. I dispositivi di protezione con- tro le sovratensioni – di seguito nominati an- che SPD (Surge Protective Device) - sono in grado di limitare tali sovratensioni. Sono con- cepiti per limitare sovratensioni transitorie del- la durata fino ad un millisecondo, tuttavia non possono farlo in modo continuativo perché, ri- scaldandosi ad ogni operazione di limitazio- ne, devono anche nuovamente raffreddarsi. Quando un SPD standard basato su varistore è esposto ai ripetuti picchi di tensione descrit- ti, li limita senza interruzioni e non è più in gra- do di raffreddarsi sufficientemente, con la
conseguenza di un rapido invecchiamento ed il rischio di un potenziale guasto nel giro di po- chi giorni o mesi anziché di molti anni. Perché un SPD possa funzionare su un inver- ter deve quindi resistere ai picchi di tensione ripetuti. Nel caso di sovratensioni accoppiate deve limitare la tensione a valori tali da non danneggiare i dispositivi da proteggere. Que- sta attenuazione viene gestita da SPD costrui- ti in modo da rispondere solo a partire da una certa soglia di tensione. Le tensioni di risposta dinamica vengono scelte in modo tale che gli SPD siano di fatto isolati ai tipici picchi di ten- sione che si presentano ad una determinata tensione nominale. In questo modo, non vi è alcun surriscaldamento né alcun precoce in- vecchiamento. Essi scaricano le sovratensioni accoppiate, limitando la tensione ad un livello compatibile con gli impianti.
Caratteristiche specifiche
per le applicazioni
Le applicazioni fotovoltaiche implicano poten- ze elevate. Per mantenere le correnti più bas-