Questa guida risponde a una specifica domanda di ingegneria: come deve essere collegato un dispositivo di protezione dalle sovratensioni in corrente continua all'interno di una cassetta di combinazione solare? Si concentra sulla posizione del ramo dell'SPD, sui collegamenti DC+ e DC−, sul percorso di scarica PE, sul percorso dei conduttori e sulla verifica finale del cablaggio. È destinata a ingegneri EPC fotovoltaici, produttori di cassette di combinazione, costruttori di quadri e team di approvazione tecnica.
Indice dei contenuti
Risposta Veloce
Un SPD in corrente continua fotovoltaica è normalmente collegato come un ramo di protezione in parallelo, non in serie con il normale percorso della corrente FV. I suoi terminali del conduttore di protezione si collegano ai relativi nodi DC+ e DC−, mentre il terminale PE si collega al punto di terra di protezione o di collegamento equipotenziale designato.
La configurazione finale dei terminali, la modalità di protezione e il punto di connessione devono corrispondere al diagramma di cablaggio specifico dello SPD. Il percorso delle sovratensioni deve essere mantenuto il più corto e diretto possibile, poiché lunghezze e anelli di conduttore non necessari aggiungono tensione induttiva durante un evento di sovratensione. I principi di selezione e installazione degli SPD FV sono trattati nella IEC 61643-32 [1].
Architettura completa del cablaggio dell'SPD del quadro combinatore solare
In una tipica scatola combinatrice, le stringhe fotovoltaiche entrano attraverso i rispettivi dispositivi di protezione delle stringhe e vengono combinate nei punti di raccolta positivo e negativo. Il normale percorso di uscita in corrente continua prosegue quindi attraverso l'isolatore o l'insieme di commutazione approvato fino all'inverter.
L'SPD si dirama da quel normale percorso di corrente. Durante il normale funzionamento, non trasporta la corrente di carico dell'array. Durante un evento di sovratensione transitoria, limita la tensione deviando la corrente di sovratensione attraverso il proprio percorso di protezione progettato verso PE.
Come si collega l'SPD con portafusibili, sezionatori e interruttori automatici
Questi componenti compaiono nello stesso involucro, ma non formano un'unica catena di protezione intercambiabile. Per la verifica del cablaggio, la domanda importante è dove si colloca ciascun componente rispetto al percorso di corrente normale e al ramo dell'SPD.
| Componente | Posizione nel cablaggio | Cosa verificare nello schema |
|---|---|---|
| Portafusibile per stringa | Installato in serie con il conduttore della stringa FV interessata | Polarità corretta, assegnazione delle stringhe e collegamento al punto di raccolta |
| SPD DC | Collegato come ramo in parallelo dai nodi CC protetti verso PE | Mappatura dei morsetti, modalità di protezione, punto di derivazione e percorso PE |
| Sezionatore CC | Installato in serie con il percorso principale di uscita CC | Quale lato rimane protetto quando il sezionatore è aperto |
| Interruttore DC | Installato nel percorso di corrente principale o di derivazione previsto dal progetto | Configurazione dei poli, direzionalità ove applicabile e coordinamento con il progetto approvato |
| Barra PE | Collegata al collegamento equipotenziale dell’involucro e al sistema di messa a terra del progetto | Collegamento diretto dell'SPD, continuità ed evitamento di anelli non necessari |
Il fusibile di stringa non deve essere considerato automaticamente il dispositivo di protezione del ramo dell'SPD. Quando è richiesta una protezione di backup separata per l'SPD, il tipo, la taratura e la posizione devono conformarsi alle istruzioni del costruttore dell'SPD e alla valutazione di cortocircuito del progetto.
Dove va collegato il ramo dell'SPD?
L'SPD deve essere collegato ai nodi DC che il progetto intende proteggere. Non deve essere inserito in serie tra una stringa FV e l'inverter come se la corrente di carico normale dovesse attraversarlo.
Controllare dove il ramo SPD si collega fisicamente, quali conduttori protegge, se un sezionatore aperto modifica la zona protetta e se il collegamento PE raggiunge direttamente il punto di collegamento equipotenziale designato.
Come collegare DC+, DC− e PE
Le etichette dei terminali sullo SPD reale hanno priorità rispetto agli schemi generici. SPD FV diversi possono utilizzare circuiti di protezione interni, disposizioni dei moduli e marcature dei terminali differenti. Quanto segue è quindi un metodo di verifica, non un sostituto della scheda di istruzioni del prodotto.
Collegamento DC+
Seguire sul disegno il nodo di protezione positivo approvato. Collegarlo solo al terminale SPD identificato per DC+ o al corrispondente percorso di protezione positivo. Verificare che il collegamento sia prelevato dal lato previsto del fusibile, del sezionatore o dell'interruttore automatico.
Collegamento DC−
Seguire separatamente il nodo di protezione negativo. Non dare per scontato che il conduttore negativo sia collegato a terra. Molti campi FV operano con entrambi i poli isolati da terra, quindi la topologia dello SPD deve essere idonea all'impianto FV reale.
collegamento PE
Collegare il terminale di protezione a terra dello SPD alla barra PE designata o al punto di collegamento equipotenziale utilizzando il percorso specificato dal progetto. Le configurazioni di messa a terra e dei conduttori di protezione devono rispettare le regole di installazione applicabili e la documentazione di progetto [3][4].
La polarità corretta è necessaria, ma non basta. Un disegno tecnicamente corretto deve inoltre mostrare i nodi di protezione previsti, la modalità di protezione interna dello SPD e un percorso a bassa impedenza verso PE.
L'SPD deve essere installato prima o dopo il sezionatore DC?
Non esiste una risposta universale applicabile senza il disegno dell'impianto. La posizione corretta dipende da quali conduttori e apparecchiature devono rimanere protetti quando il sezionatore è aperto.
SPD sul lato array dell’isolatore
Questa configurazione può mantenere la protezione contro le sovratensioni per i conduttori e le apparecchiature sul lato array. Tuttavia, il ramo dello SPD può rimanere alimentato dall’array fotovoltaico dopo l’apertura dell’isolatore. Le procedure di manutenzione devono tenere conto di questa condizione.
SPD sul lato inverter dell’isolatore
Questa configurazione può consentire all’isolatore di scollegare lo SPD dall’array, a seconda del circuito completo. Potrebbe non proteggere tutti i conduttori a monte quando l’isolatore è aperto.
Protezione su entrambi i lati
Alcune architetture di sistema richiedono una protezione coordinata in più di una posizione a causa della lunghezza dei conduttori, della zonizzazione della protezione contro i fulmini, dell’esposizione delle apparecchiature o della valutazione del rischio del progetto. Si tratta di una decisione di progettazione del sistema e non dovrebbe essere dedotta da un disegno generico del combinatore.
Contrassegnare chiaramente il ramo dello SPD e il confine dell’isolatore nello schema unifilare. Quindi verificare la condizione di alimentazione, la zona protetta e lo stato di isolamento per la manutenzione prima di approvare la produzione.
Procedura passo passo per il cablaggio dell'SPD e la verifica dello schema
- Confermare i dati del circuito PV. Verificare la massima tensione DC, la polarità dei conduttori, la configurazione delle stringhe e le apparecchiature collegate a valle.
- Aprire lo schema di cablaggio specifico dell'SPD. Confermare tutte le marcature dei terminali e la modalità di protezione interna. Non effettuare il cablaggio basandosi esclusivamente sull'aspetto del prodotto.
- Identificare i nodi CC protetti. Contrassegnare i punti esatti di diramazione DC+ e DC− sullo schema della scatola combinatrice.
- Identificare il confine dell'isolatore. Confermare quali conduttori rimangono alimentati e protetti quando l'isolatore principale CC è aperto.
- Instradare i conduttori dell'SPD. Mantenere i percorsi dei conduttori protetti e del PE corti, diretti e privi di anelli inutili o deviazioni brusche.
- Collegare il punto PE designato. Verificare la continuità tra il terminale PE dell'SPD, la barra PE, il collegamento equipotenziale dell'involucro e il collegamento di messa a terra del progetto.
- Controllare i requisiti di protezione del ramo. Quando il produttore dell'SPD richiede una protezione di backup esterna, verificare il dispositivo specificato e la sua ubicazione.
- Ispezionare la polarità, la coppia di serraggio e il collegamento dei conduttori. Utilizzare le istruzioni del prodotto e la documentazione di produzione approvata per la sezione del conduttore, la lunghezza di spelatura e la coppia dei terminali.
- Registrare la configurazione finale. Assicurarsi che il disegno rilasciato, l'etichetta, l'elenco dei materiali e il modello di SPD installato facciano tutti riferimento alla stessa configurazione di cablaggio.
Come leggere gli schemi di cablaggio degli SPD FV 2P e 3P
“2P” e “3P” non sono sufficienti da soli per approvare il cablaggio. A seconda del fornitore, questi termini possono descrivere la quantità di moduli, la larghezza dell'involucro o un circuito interno specifico.
Prima dell'approvazione del cablaggio, confermare:
- quale terminale si collega a DC+;
- quale morsetto si collega a DC−;
- quale morsetto si collega a PE;
- se il circuito include protezione tra DC+ e DC−;
- se gli elementi di protezione formano un circuito a Y o un'altra topologia;
- se il prodotto selezionato è collaudato per l'applicazione fotovoltaica in corrente continua prevista secondo IEC 61643-31 [2].
Perché Ucpv deve essere confermato prima di mettere sotto tensione il cablaggio
Questa pagina non è una guida generale alla selezione degli SPD per impianti fotovoltaici, ma la verifica della tensione rimane una fase obbligatoria dell'approvazione del cablaggio. Un collegamento disegnato correttamente può comunque essere non sicuro o inaffidabile se lo SPD installato non è adatto alla tensione fotovoltaica massima effettiva.
Verificare la tensione a circuito aperto del modulo, il numero di moduli in serie e il calcolo della tensione alle basse temperature del progetto. Quindi verificare che il valore Ucpv dello SPD e la modalità di protezione interna corrispondano al progetto finale. Non approvare un dispositivo solo perché la sua etichetta riporta “1000V” o “1500V.”
Lunghezza del collegamento SPD e instradamento del PE
La corrente di sovratensione cambia rapidamente. L'induttanza dei conduttori di collegamento contribuisce quindi a una tensione დამატiva durante la scarica. Per questo motivo, la guida applicativa IEC e le istruzioni del produttore dello SPD richiedono in generale collegamenti brevi e diretti [1].
Durante la revisione del layout del quadro:
- posizionare lo SPD vicino ai nodi DC protetti e al punto di collegamento PE;
- evitare di instradare i conduttori DC e PE attorno a dispositivi non correlati;
- evitare grandi anelli di conduttore;
- evitare di condividere una deviazione inutilmente lunga prima di raggiungere la barra PE;
- mantenere i conduttori in ingresso e in uscita disposti in modo da ridurre l'accoppiamento indesiderato;
- attenersi alle sezioni dei conduttori e ai requisiti dei morsetti indicati nella documentazione del prodotto.
La disposizione accettabile dipende dalla norma applicabile, dal design dello SPD, dal layout dell'involucro e dalle istruzioni del produttore. Registrare il percorso effettivo sul disegno di produzione quando la geometria del collegamento influisce sull'approvazione.
Errori comuni nel cablaggio dell'SPD del quadro combinatore solare
| Errore di cablaggio | Perché è importante | Correzione richiesta |
|---|---|---|
| SPD mostrato in serie con l'uscita PV | Rappresenta in modo errato la funzione dello SPD e può generare un circuito non valido | Ridisegnare lo SPD come ramo di protezione in parallelo approvato |
| Morsetti DC+ e DC− assunti in base alla posizione del modulo | L'ordine esterno dei moduli potrebbe non rivelare la topologia interna di protezione | Utilizzare lo schema dei morsetti e del circuito specifico del modello |
| Conduttore PE lungo o ad anello | Aggiunge impedenza e può aumentare la tensione presente sulle apparecchiature protette | Utilizzare il percorso di collegamento diretto più breve possibile |
| Posizione dell'isolatore non considerata | La zona errata potrebbe rimanere non protetta o essere alimentata inaspettatamente | Verificare gli stati di protezione e isolamento sullo schema unifilare |
| Fusibile di stringa trattato come protezione di backup dello SPD | I dispositivi potrebbero non fornire il coordinamento richiesto | Verificare le istruzioni del produttore dello SPD sulla protezione di backup |
| Etichetta 1000V o 1500V accettata senza calcolo | Lo SPD installato potrebbe non corrispondere alla tensione massima PV effettiva | Verificare la tensione dell'array e Ucpv prima della messa in servizio |
Lista di controllo finale per l'ispezione del cablaggio dell'SPD della cassetta di combinazione fotovoltaica
Completare queste verifiche prima di rilasciare il disegno, approvare un campione o mettere in tensione la scatola di combinazione.
Hai bisogno di una revisione del cablaggio dell'SPD della cassetta di combinazione fotovoltaica?
Condividere lo schema unifilare della combinazione, la tensione massima PV, la scheda tecnica dello SPD, la posizione dell'isolatore e la disposizione del PE. LEEYEE può aiutare a rivedere la connessione SPD proposta e a identificare i dettagli che richiedono ancora la conferma del progetto.
Domande frequenti sul cablaggio dell'SPD della cassetta di combinazione solare
Uno SPD DC è collegato in serie o in parallelo?
Uno SPD DC per FV è normalmente collegato come ramo di protezione da sovratensioni in parallelo. La normale corrente di carico dell'array non dovrebbe passare attraverso lo SPD come se fosse un fusibile, un isolatore o un interruttore automatico.
Dove si collega il cavo PE proveniente dallo SPD?
Si collega alla barra PE designata o al punto di collegamento equipotenziale indicato nel progetto approvato. Il percorso deve essere breve e diretto, mentre la sezione del conduttore e il terminamento devono rispettare la documentazione del prodotto e del progetto.
Lo SPD deve essere cablato prima o dopo l'isolatore?
Il lato corretto dipende dalla zona di protezione prevista e dalla condizione di isolamento. Il disegno deve indicare quali apparecchiature restano protette e quali conduttori dello SPD restano in tensione quando l'isolatore è aperto.
Il fusibile della stringa FV può essere utilizzato come fusibile di backup dello SPD?
Non si deve presumere che sia così. Il fusibile della stringa e la protezione del ramo dello SPD svolgono funzioni diverse. Qualsiasi protezione esterna di backup dello SPD richiesta deve seguire le istruzioni specifiche dello SPD e la valutazione di coordinamento del progetto.
Posso cablare uno SPD FV 2P e 3P nello stesso modo?
Non in sicurezza senza verificare lo schema del circuito. Il numero di moduli o di poli non rivela sempre la modalità di protezione interna. Utilizzare l'esatto schema dei terminali per il modello selezionato.
Perché Ucpv deve essere verificato in una pagina di cablaggio?
Perché i collegamenti corretti dei terminali non rendono idoneo uno SPD con una classificazione errata. La tensione nominale del dispositivo e la modalità di protezione devono essere verificate prima di mettere sotto tensione il circuito completato.
Riferimenti
- IEC 61643-32, Dispositivi di protezione contro le sovratensioni a bassa tensione - Parte 32: Dispositivi di protezione contro le sovratensioni collegati al lato CC degli impianti fotovoltaici - Principi di selezione e applicazione.
- IEC 61643-31, Dispositivi di protezione contro le sovratensioni a bassa tensione - Parte 31: Requisiti e metodi di prova per gli SPD per impianti fotovoltaici.
- IEC 60364-7-712, Impianti elettrici a bassa tensione — Prescrizioni per impianti o installazioni speciali — Sistemi di alimentazione fotovoltaici solari.
- IEC 60364-5-54, Impianti elettrici a bassa tensione — Scelta e installazione delle apparecchiature elettriche — Disposizioni di messa a terra e conduttori di protezione.
- Le istruzioni di installazione, la scheda tecnica, lo schema elettrico e i requisiti di protezione di backup emessi per il modello specifico di SPD utilizzato nel progetto.
