Protezione e sicurezza di un impianto

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1 Protezione e sicurezza di un impianto Partendo dalla normativa di riferimento il modulo presenta i dispositivi indispensabili alla protezione dell'impianto dalle fulminazioni sia di tipo diretto che indiretto. Viene poi illustarto come, in base alla classificazione elettrica di un impianto, il generatore fotovoltaico viene gestito diversamente dal punto di vista della protezione dalle scariche elettriche. Criteri di protezione dell impianto dalle scariche atmosferiche Essendo gli impianti fotovoltaici localizzati all'esterno degli edifici, essi risultano particolarmente sensibili a fulminazioni sia di tipo diretto che indiretto. Si parla di fulminazione diretta quando la struttura viene colpita direttamente dal fulmine, si parla invece di fulminazione indiretta quando la caduta di un fulmine in prossimità della struttura genera campi elettromagnetici e tensioni indotte pericolose. Potrebbe verificarsi quindi che in assenza di sistemi di protezione, nei cavi elettrici, si instaurino tensioni pericolose. In particolare nel caso di fulminazione diretta, potrebbe verificarsi che i cavi vengano percorsi dalla corrente di fulmine generando situazioni pericolose sia per le persone che per le cose. La scelta di installare o meno un sistema di protezione varia a seconda della tipologia d'installazione dei moduli che costituiscono il generatore FV. Si ha infatti che generalmente nel caso installazioni retrofit su tetti a falda o nel caso di montaggi ad incasso non c'è bisogno di sistemi dediti alla protezione contro le scariche atmosferiche, mentre installazioni su tetti piani sono più soggette a questo tipo di rischio. Per quanto riguarda invece le installazioni a terra, un ruolo fondamentale per la decisione di installare o meno adeguati sistemi di protezione lo svolge l'ambiente circostante. Infatti se l'impianto è posizionato nelle immediate vicinanze di edifici o costruzioni di altezza maggiore si può fare a meno dell'installazione di un sistema di protezione antifulmine. Qualora l'edificio che ospita l'impianto fotovoltaico è dotata di un sistema di protezione contro le scariche atmosferiche, basta collegare l'impianto ad esso. Esistono infatti due tipi di sistemi antifulmine: esterno ed interno.

2 La normativa di riferimento per la protezione delle strutture dalle fulminazioni è quella emessa dal CT 81 del CEI, in particolare le norme da applicare sono quelle della serie EN 62305, ovvero le CEI 81-10/1, CEI 81-10/2, CEI 81-10/3 e CEI 81-10/4. Se d > s (distanza di sicurezza CEI ) non è necessaria alcuna precauzione specifica per la protezione del nuovo impianto contro il rischio di fulmini. Se d < s è necessario collegare all impianto LPS le strutture metalliche dell impianto PV È necessaria una nuova valutazione del rischio e/o adeguamento dell LPS. Elementi di un LPS esterno Un LPS (Lightning Protection System) esterno è definito come l'insieme di captatori, calate e dispersori che hanno il compito di intercettare il fulmine e di drenare la corrente associata verso terra in condizioni di sicurezza. Un LPS esterno si compone di: un captatore delle calate un dispersore Il captatore può essere composto da qualsiasi combinazione dei seguenti elementi: aste funi maglia Il captatore ad asta consiste nel posizionare una o più aste metalliche in uno o più punti, sulla sommità di edifici con ridotto sviluppo orizzontale. Il captatore a maglia consiste nel creare una gabbia metallica intorno all'edificio, tramite piattine o tondi in ferro o rame, per proteggerlo completamente. I percorsi devono essere quanto più possibile rettilinei e i cambi di direzione devono avvenire senza spigoli o curve a piccolo raggio. La protezione è tanto più efficace quanto più strette sono le maglie e più distanziate dal fabbricato, ma bisogna anche tenere in conto l'estetica.

3 Posizionamento dei captatori In genere la posizione dei captatori deve essere individuata applicando uno di questi metodi: Metodo dell angolo di protezione (strutture di forma regolare) Volume protetto da un captatore ad asta - Il posizionamento del captatore è corretto se la struttura da proteggere è interamente situata entro il volume protetto dal captatore stesso. - L angolo a dipende dalla classe del LPS (ex livello di protezione) scelta per LPS e dall altezza h. Volume protetto da un captatore a fune Metodo della maglia (superfici piane) Volume protetto da un captatore a maglia - Il volume sottostante la zona tratteggiata è protetto - L angolo a dipende dalla classe del LPS e dall altezza h - Il lato di magliatura dipende dalla classe del LPS. Metodo della sfera rotolante (strutture di forma complessa)

4 - I captatori sono installati su tutti i punti ed i tratti che sono in contatto con la sfera rotolante. - Il raggio della sfera rotolante deve essere scelto in funzione della classe del LPS. Protezione contro i fulmini con LPS E necessario verificare che la struttura risulti autoprotetta, e quindi non necessiti di un LPS, tenendo presente che i moduli fotovoltaici, se posti sulla sommità di edifici, potrebbero far aumentare il rischio dovuto al fulmine qualora sporgessero verso l alto rispetto alla struttura stessa. Se nonostante ciò, dalla valutazione del rischio dovuto al fumine risultasse che la struttura è ancora autoprotetta, anche se le norme CEI non impongono alcuna misura di protezione, è buona pratica progettuale utilizzare degli SPD (Surge Protection Device, ovvero limitatore di sovratensione) di caratteristiche idonee collocandoli nei punti corretti. Se invece la struttura richiede l installazione di un LPS, l impianto fotovoltaico in ogni sua parte (moduli, cavi, quadri ), dovrà necessariamente essere contenuto dentro il volume protetto e sufficientemente distanziato dai captatori e dalle calate per evitare la formazione di scariche laterali. Le cornici metalliche dei moduli fotovoltaici e le relative strutture di sostegno, andranno collegate all LPS, nei modi previsti dalla normativa, solo se non è possibile rispettare la distanza minima dai captatori e dalle calate. Protezione contro i fulmini in assenza di LPS In presenza di un LPS si deve verificare che l impianto fotovoltaico, in ogni sua parte, sia contenuto nel volume protetto dall LPS preesistente; in alcuni casi sarà necessario modificare l LPS installando captatori aggiuntivi per adeguarlo alla nuova situazione. L impianto, in ogni sua parte (moduli, cavi, quadri ), dovrà essere sufficientemente distanziato dai captatori e dalle calate per evitare la formazione di scariche laterali. Le cornici metalliche dei moduli fotovoltaici e le relative strutture di sostegno, andranno collegate all LPS, nei modi previsti dalla normativa, solo se non è possibile rispettare la distanza minima dai captatori e dalle calate.

5 In un impianto fotovoltaico vengono usati SPD in corrente continua di classe II posti nelle immediate vicinanze del generatore fotovoltaico. Solitamente vengono posizionati a ridosso delle stringhe dentro i quadri di subcampo. È buona norma proteggere anche il gruppo di conversione dalle sovratensioni mediante l utilizzo di SPD di classe II o III sul lato continua e, in casi estremi, anche sul lato alternata. Criteri di sicurezza I sistemi elettrici possono essere classificati in base alla tensione nominale come sistemi di categoria: 0) V nom < 50 V ca o 120 V cc (bassissima tensione) I) V nom < V ca o V cc (bassa tensione) II) V nom < V ca o V cc fino a V (media tensione) III) V nom > V (alta tensione) Gli impianti fotovoltaici sono generalmente sistemi di categoria 0 o I e possono essere collegati a sistemi di categoria II o III tramite trasformatore. Inoltre, i sistemi elettrici possono essere classificati in relazione allo stato del neutro e delle masse come sistemi: TT) il neutro è a terra mentre le masse sono collegate a una terra diversa dalla terra del neutro; TN) le masse sono collegate al neutro che è a terra; IT) il neutro è isolato da terra e le masse sono a terra. Nel caso di presenza di trasformatore tra sezione in corrente continua e rete, comunque sia classificata la rete (TT o TN), il generatore fotovoltaico viene generalmente gestito come sistema IT (masse a terra e poli floating). In questa ipotesi le possibili protezioni da adottare riguardano: messa a terra di masse e controllo continuo dell isolamento del generatore fotovoltaico. In questo caso è necessario segnalare il verificarsi di un primo guasto a terra senza interrompere il servizio, dando la possibilità di eliminare il guasto; ricorso a componenti di isolamento doppio o rinforzato (di classe II) in modo da rendere improbabile il guasto a terra; scelta della tensione nominale < 120 V (sistemi a bassissima tensione di sicurezza). In tal caso le masse non vanno collegate a terra e la connessione alla rete deve essere effettuata tramite trasformatore di sicurezza (doppio isolamento o con schermo a terra).

6 L impianto di terra Per il progetto, la realizzazione e la verifica dell impianto di terra si rimanda alle norme CEI applicabili integralmente anche per gli impianti fotovoltaici. L impianto di terra dovrà essere costituito da un dispersore (a picchetto o a maglia o misto) e da un conduttore di terra (collega le masse al dispersore). La resistenza di terra di un dispersore (rapporto fra tensione verso terra rispetto all infinito e la corrente dispersa) dipende dalla resistività del terreno e dalle dimensioni e forma del dispersore. I conduttori di terra devono avere sezioni, isolamento e marchiature tipiche dei conduttori usati per l impianto di terra. Riepilogo del modulo "Protezione e sicurezza di un impianto " Criteri di protezione dell impianto dalle scariche atmosferiche Criteri di sicurezza L impianto di terra

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