ITTN20130004A1 - Protezione automatica per sistemi elettrici alimentati da generatori fotovoltaici o, in generale, da generatori a corrente costante - Google Patents

Description

“Protezione automatica per sistemi elettrici alimentati da generatori fotovoltaici o, in generale, da generatori a corrente costanteâ€

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La recente incentivazione economica alla produzione di energia elettrica da fonte fotovoltaica ha portato ad una rapida ed enorme diffusione di questo genere di impianti. Per la realizzazione di tali impianti, il riferimento tecnico principale à ̈ la norma CEI 64-8, riguardante gli impianti elettrici in bassa tensione, nonché l’apposita guida tecnica CEI 82-25 “Guida alla realizzazione di sistemi di generazione fotovoltaica collegati alle reti elettriche di media e bassa tensione†. La particolarità degli impianti elettrici alimentati da moduli fotovoltaici à ̈ la produzione di energia elettrica in presenza di radiazione solare, senza la possibilità di togliere tensione alla parte di impianto alimentato in corrente continua, ossia a quella parte di circuito che vede collegati in serie più moduli fotovoltaici tra loro per ottenere una tensione di valore opportuno da applicare all’ingresso del sistema elettronico di conversione statica DC/AC (inverters). A questo proposito, la citata normativa non prescrive alcun tipo di protezione elettrica in grado di disalimentare la parte di circuito elettrico in corrente continua che à ̈ collegata direttamente ai moduli fotovoltaici, proprio per la caratteristica intrinseca dei moduli fotovoltaici di generare energia elettrica in presenza di radiazione solare.

In caso di incendio, in presenza di radiazione solare (di giorno), la mancanza di una protezione o di un sistema di interruzione della corrente continua, lascia alimentato il circuito elettrico con una tensione elevata, dando luogo ad un rischio molto elevato di elettrocuzione, specialmente per i Vigili del Fuoco che devono intervenire per domare le fiamme. Per motivi di sicurezza, legati al rischio eccessivo di operare con il circuito in corrente continua sotto tensione, i Vigili del Fuoco, in diverse occasioni, non hanno potuto intervenire e hanno lasciato che l’incendio si estinguesse da solo, limitandosi soltanto a controllarlo e circoscriverlo.

Analogamente, nel caso di guasto per corto circuito tra due conduttori facenti capo alla parte di circuito in corrente continua, i moduli fotovoltaici, sempre in presenza di radiazione solare (di giorno), continuano a fornire la corrente di guasto. La mancanza di una protezione elettrica adeguata lascia che il generatore fotovoltaico alimenti permanentemente l’arco elettrico con produzione e proliferazione di inevitabili focolai che possono dar luogo a sviluppo di incendio. Da prove sperimentali condotte dal Comando dei Vigili del Fuoco della Provincia Autonoma di Trento si à ̈ potuto constatare che, in caso di radiazione solare superiore a 500 W/m<2>, non à ̈ possibile ridurre la tensione continua ad un valore tale da escludere il rischio di elettrocuzione, nonostante l'impiego di sistemi di oscuramento della luce solare, come teli o cartoni posizionati sopra i moduli fotovoltaici oppure come schiume CAFS (Compressed Air Foam System) oppure come il gel “Prevento Solar†.

Alcuni dei sistemi di protezione per l’interruzione della corrente continua per gli impianti fotovoltaici, attualmente sul mercato, utilizzano le onde convogliate o l’aria compressa come mezzi di attuazione, ma risultano complessi, laboriosi nell’installazione e soprattutto economicamente onerosi. Questo ultimo aspetto economico, unito alla mancanza di una precisa prescrizione normativa e legislativa ha visto la realizzazione di quasi tutti gli impianti fotovoltaici senza una protezione elettrica adeguata sulla parte di circuito in corrente continua.

L’invenzione qui descritta, assolutamente originale ed innovativa, permette di dare soluzione alla descritta necessità di sicurezza elettrica e protezione contro gli archi elettrici sulla parte di circuito alimentata in corrente continua degli impianti fotovoltaici, ma anche per gli impianti alimentati con generatori di corrente costate sia in continua che in alternata. In particolare la present invenzione consente di estinguere gli archi elettrici che si dovessero formare sulla parte di circuito fotovoltaico in corrente continua, a causa del cedimento dell’isolamento elettrico dei cavi per motivi elettrici (per es. sovratensione di origine interna od esterna) o termici (per es. surriscaldamento per sovraccarico o incendio di origine interna o esterna) o altro. Il trovato consente, inoltre, di eliminare la presenza di tensione, mettendo in sicurezza la parte di impianto fotovoltaico in corrente continua, nel caso di incendio provocato da cause esterne che si dovesse manifestare in prossimità dell’impianto stesso, lasciando la possibilità di intervenire ai Vigili del Fuoco senza rischio di elettrocuzione.

L’invenzione sfrutta la particolare caratteristica tensione-corrente del generatore fotovoltaico che vede mantenere costante il valore della corrente anche in caso di carico elettrico nullo ai morsetti. La condizione di funzionamento con carico nullo à ̈ individuata dal punto Isc (Short Circuit Current) mostrato nella figura 1 e corrispondente alla condizione di corto circuito). La figura 1 riporta le diverse caratteristiche tensione-corrente al crescere dell’intensità di insolazione. Per tale motivo, questa invenzione à ̈ applicabile, non solo agli impianti fotovoltaici, ma a tutti i sistemi di generazione a corrente costante (per es. per particolari impianti di illuminazione pubblica) sia in corrente continua che alternata.

Il principio di funzionamento dell’invenzione à ̈ quello di provocare volutamente un contatto metallico tra i cavi di alimentazione in corrente continua in modo da realizzare un corto circuito. Così facendo, nel caso di presenza di arco elettrico o di incendio, si pone in sicurezza la parte di impianto in corrente continua attraverso i due effetti descritti di seguito.

A) Si estingue l’arco elettrico. L’estinzione dell’arco abbinato all’impiego di cavi autoestinguenti comporta automaticamente lo spegnimento del principio di incendio dell’isolamento dei cavi elettrici.

B) Si riduce a zero la tensione del settore in corrente continua che viene ad essere cortocircuitato. In questo modo si azzerano i rischi di elettrocuzione per i Vigili del Fuoco che dovessero intervenire per spegnere un incendio. Come mostrato nella figura 2, l’invenzione consiste in un oggetto metallico elettricamente conduttore (rif. A di figura 2), collocato a diretto contatto dei cavi di alimentazione (rif. C e D di figura 2), opportunamente sagomato per poterlo precaricare elasticamente, in modo da serrare tra loro i conduttori di alimentazione in corrente continua. Tra le due parti del sistema di serraggio à ̈ posto un elemento distanziatore (rif. B di figura 2) di opportuno spessore per evitare che il serraggio dei conduttori, realizzato con la precarica elastica del conduttore metallico, deteriori nel tempo l’isolamento elettrico dei cavi. In questo modo l’isolamento dei conduttori non viene sollecitato meccanicamente. Per altro, questo elemento distanziatore (rif. C di figura 2) à ̈ realizzato con un materiale di facile infiammabilità in presenza di un ambiente con calore elevato o in presenza di fiamma, al fine di ottenere i seguenti due effetti:

• quando il distanziatore brucia, si libera il sistema di serraggio dei cavi che va a premere direttamente sull'isolamento dei cavi;

• l’accensione del distanziatore rammollisce localmente il sistema di isolamento dei cavi e permette al sistema di serraggio di mettere in contatto tra loro le anime conduttrici dei cavi di alimentazione, realizzando il punto di corto circuito desiderato.

La soluzione indicata in figura 2 à ̈ puramente indicativa di un possibile sistema di cortocircuitazione dei cavi elettrici. Tale soluzione, oltre che meccanica potrebbe essere effettuata mediante prodotti chimici che al superamento di una certa temperatura riescono a liberare degli acidi che corrodono l’isolamento elettrico e mettono in contatto tra loro i conduttori elettrici in modo da formare un corto circuito.

Porre in contatto tra loro i conduttori di alimentazione porta il generatore fotovoltaico a lavorare nel punto lSc indicato in figura 1. Tale condizione di funzionamento non pregiudica in alcun modo le funzionalità del generatore fotovoltaico perché la corrente rimane costante ed à ̈ quasi la stessa del punto di lavoro che corrisponde al ginocchio della curva dove la potenza erogata à ̈ massima (sul ginocchio à ̈ massimo il prodotto tra la tensione e la corrente). La situazione à ̈ del tutto analoga per i generatori a corrente costante, che forniscono 10 stesso valore di corrente, indipendentemente dall’entità del carico elettrico collegato e quindi anche in corto circuito. L’invenzione sfrutta la caratteristica intrinseca dei generatori di corrente di mantenere costante il valore dell’intensità di corrente indipendentemente dalla tensione sul carico, quindi porre in contatto tra loro le parti attive non provoca alcuna disfunzione del sistema elettrico.

11 trovato può essere direttamente integrato nei cavi di alimentazione durante la costruzione dei cavi stessi oppure può essere aggiunto successivamente nel caso in cui i cavi di alimentazione siano già installati.

Come variante all’invenzione descritta, sempre al fine di estinguere la tensione del generatore di corrente in caso di incendio o di arco elettrico, à ̈ possibile realizzare un punto di contatto tra le parti metalliche dei conduttori anche mediante un sistema di crimpatura o pinzatura volante senza necessariamente installare dei dispositivi fissi. Attraverso un sistema di pinze con manici allungati (per garantire la sicurezza dell’operatore), in caso di incendio o di arco elettrico, à ̈ possibile serrare tra loro i cavi di alimentazione in modo da creare un punto di collegamento metallico, tale da annullare la tensione di alimentazione e portare a lavorare il generatore di corrente nel punto lSc di figura 1.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparecchiatura automatica di protezione elettrica, sensibile all’effetto termico, atta a creare un punto di corto circuito per sistemi elettrici alimentati da generatori a corrente costante, sia in corrente continua che alternata, in grado di annullare la tensione elettrica di alimentazione ed estinguere gli archi elettrici in aria.
2. 2. Apparecchiatura automatica di protezione elettrica come alla rivendicazione precedente per i circuiti elettrici in corrente continua alimentati da generatori fotovoltaici.
3. 3. Apparecchiatura automatica di protezione elettrica, come alle rivendicazioni precedenti, atta a creare un punto di corto circuito mediante sistema meccanico di qualsiasi origine (a molla, elastico, precompresso, ecc.) con o senza sistema di precompressione dei conduttori.
4. 4. Apparecchiatura automatica di protezione elettrica, come alle rivendicazioni precedenti, atta a creare un punto di corto circuito mediante sistema di precompressione meccanico o elastico o plastico o di altro genere.
5. 5. Apparecchiatura automatica di protezione elettrica, come alle rivendicazioni precedenti, atta a creare un punto di corto circuito con distanziatore tra i contatti per evitare la sollecitazione meccanica dell’isolante elettrico dei conduttori.
6. 6. Apparecchiatura automatica di protezione elettrica, come alle rivendicazioni precedenti, atta a creare un punto di corto circuito realizzato con un distanziatore di materiale facilmente infiammabile, in presenza di elevato calore e/o fiamma, per facilitare la degenerazione dell’isolante tra i conduttori e favorire la creazione del punto di corto circuito.
7. 7. Apparecchiatura di protezione elettrica, come alle rivendicazioni precedenti, atta a creare un punto di corto circuito mediante sistema manuale di qualsiasi origine (crimpatura, fascettatura, cambrettatura, pinzatura, ecc..).