ASPETTI DI SICUREZZA ELETTRICA IN IMPIANTI FOTOVOLTAICI

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1 ASPETTI DI SICUREZZA ELETTRICA IN IMPIANTI FOTOVOLTAICI Ing. Domenico Corbo Siena, 24 ottobre 2014

2 SICUREZZA ELETTRICA IN IMPIANTI FOTOVOLTAICI perche' e' necessario parlarne? per i seguenti motivi : sempre in tensione nelle ore diurne a valori elevati vicini a1000 V; in presenza in vari punti di doppia alimentazione; maggiori difficolta' interruzione arco in caso di guasto in cc; diffusione di su larga scala su tutto il territorio nazionale; incremento progressivo delle dimensioni; sempre maggiore integrazione negli edifici e nelle strutture. sicurezza = protezione contro incendio scariche atmosferiche shock elettrico

3 SHOCK ELETTRICO contatto diretto: contatto con una parte attiva parte attiva: conduttore o parte conduttrice in tensione nel servizio ordinario contatto indiretto: contatto con una massa in tensione a seguito di un guasto massa: parte conduttrice di un componente elettrico non in tensione nel funzionamento ordinario e che può essere toccata

4 CEI Effetti della corrente elettrica attraverso il corpo umano e degli animali domestici Parte 1: Aspetti generali Oscillogrammi Tensione di contatto Corrente percorso mano mano durata 7ms R O 666 ohm Z T 1550 ohm durata 20ms R O 664 ohm R T 1680 ohm EFFETTI forte sensazione dolorosa (bruciore cc) e reazione muscolare involontaria delle braccia, spalle e gambe.

5 CURVEDI SICUREZZA CORRENTE - TEMPO È possibile una leggera sensazione di punzecchiature nei momenti in cui la corrente si stabilisce e si interrompe o varia rapidamente contrazioni muscolari involontarie, specialmente nei momenti in cui la corrente si stabilisce, si interrompe o varia rapidamente, ma normalmente non si rilevano effetti fisiologici dannosi forti contrazioni muscolari involontarie e disturbi reversibili di generazione e conduzione di impulsi nel cuore, che aumentano con l intensità della corrente e la durata. effetti pato-fisiologici, come l'arresto cardiaco, il blocco respiratorio ed ustioni o altri danni cellulari. La probabilità di fibrillazione ventricolare passa dal 5% al 50% al 95% (c1, c2, c3). Soglia di reazione Soglia di rilascio Soglia di fibrillazione ventricolare Per durate della corrente superiori ad un ciclo cardiaco, la soglia di fibrillazione per la corrente continua è diverse volte superiore a quella per la corrente alternata. Per durate inferiori a 200 ms, la soglia per la fibrillazione è all incirca la stessa della corrente alternata, misurata in valore efficace

6 IL PERCORSO DELLA CORRENTE correnti trasversali meno pericolose Le informazioni ricavate da infortuni elettrici sembrano indicare un maggior pericolo di fibrillazione ventricolare nel caso di correnti longitudinali. - + Esperimenti effettuati su animali, come pure informazioni raccolte su infortuni di natura elettrica, mostrano che la soglia di fibrillazione per una corrente discendente è circa il doppio rispetto ad una corrente ascendente. Per le correnti trasversali, gli esperimenti su animali hanno tuttavia dimostrato che per intensità di correnti più elevate si può verificare anche la fibrillazione ventricolare. + correnti longitudinali ascendenti piu' pericolose -

7 PRINCIPALI RIFERIMENTI NORMATIVI Gli impianti fotovoltaici sono trattati nella norma CEI 64-8 parte 712 Sistemi fotovoltaici (PV) di alimentazione guida CEI Guida alla realizzazione di sistemi di generazione fotovoltaica collegati alle reti elettriche di Media e Bassa Tensione

8 Protezione contro i contatti indiretti LATO c.c Protezione mediante interruzione automatica della alimentazione NOTA La protezione mediante interruzione automatica della alimentazione sul lato c.c. richiede prescrizioni particolari che sono allo studio Si raccomanda di usare preferibilmente sul lato c.c. la protezione mediante componenti elettrici di classe II o con isolamento equivalente. LATO c.a sistema di alimentazione PV senza almeno una semplice separazione tra il lato c.a. ed il lato c.c., il dispositivo differenziale installato per fornire protezione contro i contatti indiretti mediante interruzione automatica della alimentazione deve essere del tipo B secondo CEI EN (CEI ). Quando l invertitore PV non sia per costruzione tale da iniettare correnti continue (c.c) di guasto a terra nell impianto elettrico, non è richiesto un interruttore differenziale di tipo B secondo CEI EN Protezione contro i contatti diretti Protezione mediante isolamento delle parti attive Le parti attive sono ricoperte con isolamento che puo' essere rimosso solo mediante distruzione Protezione mediante involucri o barriere caratterizzati da un adeguato grado di protezione IP (funzione delle condizioni ambientali e di servizio) ed una conveniente separazione dalle parti attive

9 CURVE CARATTERISTICHE SORGENTI PV Il modo di protezione per interruzione automatica del circuito e' sempre efficace per sistemi a corrente alternata caratterizzati da sorgenti stabili con elevate correnti di guasto, ma si dimostra non essere sempre sufficiente per la protezione delle persone in circuiti a corrente continua con sorgenti PV caratterizzate da una limitata corrente di guasto, funzione prevalentemente di quantita' di luce incidente (irradianza) sui moduli configurazione del sistema (numero di stringhe in parallelo che alimentano il circuito di guasto)

10 PRIMO GUASTO A TERRA IN UN SISTEMA ISOLATO I generatori fotovoltaici sono normalmente gestiti come sistemi IT, ovvero con nessun polo connesso a terra c.c. c.a Le masse devono essere messe a terra; deve essere soddisfatta la condizione RE x Id UL =120V RE è la resistenza del dispersore al quale sono collegate le masse; Id è la corrente del primo guasto di impedenza trascurabile tra un conduttore di linea e la massa. Il valore di Id tiene conto delle correnti di dispersione e dell impedenza totale verso terra dell impianto.

11 8.2 Misure per indicazione dello stato di un impianto di media o grande taglia Nel caso di impianti fotovoltaici di media o grande taglia (potenza > 20 kw), oltre alle indicazioni dello stato dell impianto fornite dall inverter, e' opportuno che:...omissis... sia installato un misuratore continuo dell isolamento (che potra' essere integrato nell inverter) provvisto di un dispositivo di segnalazione sonora e visiva di basso isolamento e contatto di blocco in presenza di anomalia; dovra essere dotato di indicatore a fronte quadro con indicazione dell isolamento su scala graduata in MΩ, con possibilita di taratura della soglia di intervento.

12 DOPPIO GUASTO Isc 7,9A; Voc max 48,91V 17 moduli x stringa x 8 stringhe x10 Q di campo - protez. stringa fus 12A - protez.linee Quadri di campo fus 80A I N V E R T E R a.c A Iscmax 1,25x7,9Ax8x10= 790A 10mmq PE x 200m 2,24mΩ/m =448mΩ Ig 350A*448mΩ 156V > U L = 120V

13 350A 711A x circuiti terminali fino a 32A

14 I T = 350A* 0,448Ω / (850*0,8) = 230mA t T = 4s cio' spiega perche' le prescrizioni particolari per la protezione dai contatti indiretti mediante interruzione automatica del circuito lato cc SONO ALLO STUDIO!

15 PROTEZIONE MEDIANTE CLASSE II Si raccomanda di usare preferibilmente sul lato c.c. la protezione mediante componenti elettrici di classe II o con isolamento equivalente Si raccomanda di usare moduli PV di classe II o con isolamento equivalente se UOC STC delle stringhe PV supera 120 V c.c. condutture isolamento equivalente cl II moduli quadri di campo

16 CONDUTTURE IN CLASSE II Condutture Sono considerate in accordo con questa misura di protezione, per i sistemi elettrici con tensioni nominali non superiori a 690V, le condutture elettriche costituite da: cavi con guaina non metallica aventi tensione nominale maggiore di un gradino rispetto a quella necessaria per il sistema elettrico servito e che non comprendano un rivestimento metallico; cavi unipolari senza guaina installati in tubo protettivo o canale isolante, rispondente alle rispettive Norme; omissis Parti metalliche in contatto con le precedenti condutture non sono da considerare masse.

17 CONDUTTURE IN CLASSE II Nei circuiti in corrente continua, le tensioni massime di utilizzo del cavo sono ottenute dai valori UO/U (per la corrente alternata) moltiplicati per 1,5 (Guida CEI art ) dove U0 e' il valore efficace tra ogni conduttore isolato e la terra e U è il valore efficace tra due conduttori di fase sigla U 0 /U U MCC U maxclii (FROR*) 450/750 V 675/1125V 450 FG7M2 600/1000 V 900/1500V 675 FG21M V 1800 V 900 * solo a scopo esemplificativo poiche' non idoneo per installazioni all'aperto in impianti PV Tensione massima che puo raggiungere un generatore fotovoltaico e' data dalla somma delle tensioni a vuoto (Voc) dei moduli fotovoltaici collegati tra loro in serie (stringhe) alla temperatura ambiente minima considerata nel progetto (-10 C zone fredde o 0 C zone meridionali costiere) V OC MAX = 48,91x17 = 831V (-10 C) oppure 1,2 x V OC STC = 1,2 x 43,63x17 = 889V (+25 C) FG7M2 classe isolamento I parti metalliche in contatto sono masse messe a terra FG21M21 isol. equiv. classe II parti metalliche in contatto NON sono masse???

18 LA SICUREZZA DEL DOPPIO ISOLAMENTO I cavi degli impianti PV operano in condizioni ambientali gravose per temperatura ed umidita', inquinamento, e, soprattutto, esposti radiazione solare per tutta la durata di vita del generatore fotovoltaico. Recenti studi sperimentali (Univ.La Sapienza e VVF) condotti mediante test di invecchiamento accelerato sulle principali tipologie di cavi in uso su impianti PV hanno dimostrato che in alcuni casi si possono manifestare: degradazione del polimero della guaina, imbrunimento e decolorazione; riduzione delle proprietà meccaniche; riduzione della tensione minima di isolamento. Anche nel caso in cui i moduli fotovoltaici siano in (Classe II) l esperienza acquisita in ambito internazionale nella gestione di impianti fotovoltaici consiglia di rendere equipotenziali le cornici dei moduli con la struttura quando questa debba essere messa a terra; a garanzia di sicurezza contro i contatti indiretti nei casi in cui non si possa escludere a priori l eventualita' che l isolamento possa decadere nel tempo (CEI art.9.1.2)

19 I LAVORATORI ESPOSTI AL RISCHIO tutti coloro i quali eseguono lavori elettrici e non elettrici su o in prossimita' di impianti fotovoltaici; quindi non solo elettricisti, ma anche lattonieri, muratori, antennisti ecc. in tutti i casi in cui un lavoratore debba accedere all'area di un impianto fotovoltaico si devono adottare le procedure riportate nella norma CEI in particolare per eseguire lavori sugli inverter o su scatole o armadi di connessione e' necessario possedere la qualifica di PES e PAV; in tutti i casi, frequenti in impianti PV, in cui si debbano eseguire lavori sotto tensione e' necessario essere riconosciuto idoneo (PEI) dal datore di lavoro.

20 Grazie per l attenzione! Ing. Domenico Corbo Via Gioberti, Prato cell tel-fax

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