Operation & Maintenance per impianti fotovoltaici.

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E018 – Ground Fault

Descrizione dell’allarme
Gli inverter ABB Power-One “TL” una volta connessi alla rete controllano lo stato di isolamento del generatore fotovoltaico attraverso il controllo della corrente di dispersione attraverso un sensore di corrente differenziale posto all’uscita dell’inverter. Il sensore è in grado di rilevare le dispersioni sia di natura DC che di natura AC che possono manifestarsi all’interno dell’inverter e nella sezione DC dell’impianto. L’allarme E018 viene generato quando viene rilevata una corrente di dispersione a terra all’interno dell’inverter o nella sezione DC dell’impianto. L’allarme si accompagna all’accensione del LED rosso sul frontale dell’inverter.

Quali possono essere le cause dell’allarme?
Gli inverter ABB Power-One Aurora sono dotati di un dispositivo di protezione contro i guasti verso terra in conformità allo standard di sicurezza imposto in Germania dalla Norma VDE V 0126-1-1:2006-02. Tutti gli inverter di stringa Aurora commercializzati in Europa beneficiano di questa protezione, ivi comprese le versioni disponibili per il mercato italiano.

In particolare gli inverter ABB Power-One Aurora sono dotati di una ridondanza sulla lettura della corrente di dispersione a terra sensibile a tutte le componenti della corrente, sia continua che alternata. La misura della corrente di dispersione verso terra viene effettuata contemporaneamente e in modo indipendente da 2 processori diversi: e’ sufficiente che uno dei due rilevi una anomalia per far scattare la protezione, con il conseguente distacco dalla rete ed arresto del processo di conversione.

Esiste una soglia assoluta di 300mA della corrente di dispersione totale AC+DC con tempo di intervento della protezione a max. 300msec.

In aggiunta sono presenti altri tre livelli di scatto con soglie rispettivamente a 30mA/sec, 60mA/sec e 150mA/sec per coprire le variazioni “rapide” della corrente di guasto indotte da contatti accidentali con parti attive in dispersione. I tempi di intervento limite si riducono progressivamente al crescere della velocità di variazione della corrente di guasto e, partendo dai 300msec/max per la variazione di 30mA/sec si riducono rispettivamente a 150msec e 40msec per variazioni di 60mA e 150mA.

Da notare, comunque, che il dispositivo integrato protegge il sistema contro i soli guasti verso terra che si verificano a monte dei morsetti AC dell’inverter (cioè verso il lato DC dell’impianto fotovoltaico e quindi verso i moduli fotovoltaici). Le correnti di dispersione che possono verificarsi nel tratto AC compreso tra il punto di prelievo/immissione e l’inverter, non sono rilevate e necessitano di un dispositivo di protezione esterno. E’ consigliabile l’utilizzo di un interruttore con protezione magneto-termica differenziale di tipo A oppure AC con corrente di intervento di 300mA in modo da evitare falsi interventi, dovuti alla normale corrente di dispersione capacitiva dei moduli fotovoltaici.

La protezione come descritta sopra interviene in caso di dispersioni dal lato DC che si manifestino durante il funzionamento in parallelo con la rete e quindi è necessario verificare lo stato di isolamento del generatore fotovoltaico rispetto a terra.

Successivamente alla notifica dell’allarme, l’inverter effettua un nuovo tentativo di connessione alla rete: nel caso di dispersioni importanti e persistenti è possibile che la successiva connessione alla rete l’inverter non si completi in modo corretto a causa di una ridotta resistenza di isolamento del generatore fotovoltaico. In ogni caso è consigliabile verificare il valore di resistenza di isolamento del generatore fotovoltaico rispetto a terra.

Oltre al fenomeno di cui sopra, è possibile che l’inverter generi il messaggio di allarme E018 anche per correnti di dispersione AC legate alla natura capacitiva del generatore fotovoltaico rispetto a terra. Gli inverter Power One Aurora sono realizzati secondo una architettura “transformerless”, ossia privi di isolamento elettrico tra l’ingresso e l’uscita. La scelta di questa soluzione rende, durante il funzionamento in parallelo alla rete, flottanti rispetto al potenziale di terra entrambi i terminali positivo e negativo del generatore fotovoltaico. Ne consegue che i pannelli fotovoltaici in ingresso all’inverter sono sottoposti ad una differenza di potenziale rispetto a terra che è variabile a seconda della tipologia di inverter (i modelli monofase ed i modelli trifase mostrano un comportamento diverso) e delle condizioni di funzionamento (ovvero: capacità di accoppiamento a terra e condizioni ambientali).

In particolare gli inverter monofase sono caratterizzati da una componente di tensione di “modo comune” tra i terminali di ingresso e terra del tipo pulsante a 50Hz, mentre gli inverter trifase non hanno componenti rilevanti a 50Hz, ma una modulazione di puro modo comune a 150Hz e di forma triangolare (cosiddetta “space vector modulation”, un effetto desiderato per migliorare l’efficienza di conversione a valori di tensione DC più bassi rispetto a quelli dei sistemi trifase convenzionali).

A questa premessa si aggiungono le caratteristiche intrinseche del generatore fotovoltaico. I pannelli che compongono il generatore fotovoltaico occupano grandi superfici e le celle costituiscono una eccellente “armatura” di un condensatore parassita rispetto a terra. Si può quindi manifestare una corrente di dispersione di natura capacitiva, legata alla natura capacitiva del generatore fotovoltaico. Tale corrente capacitiva è legata, come detto, alla riflessione nella sezione DC di una componente alternata della tensione che come tale causa il passaggio di corrente verso terra che può essere “individuata” dall’inverter. In questo caso l’allarme si manifesta in modo “sporadico” e può essere causato da sbalzi della tensione di rete che causano una elevata velocità di variazione della corrente di dispersione.

Effettuare la diagnostica dell’errore non è semplice in quanto generalmente si accompagna a fenomeni transitori (es. distorsione di tensione di rete). Una verifica che può essere fatta riguarda gli scaricatori di sovratensione lato DC esterni (se presenti): qualora questi scaricatori non avessero caratteristiche adeguate all’utilizzo (tensione residua inferiore al picco di tensione di ingresso che il generatore fotovoltaico può mostrare), potrebbero entrare in conduzione generando correnti di dispersione lato DC che verrebbero quindi “sentite” dalle protezioni integrate nell’inverter. Qualora l’errore si manifesti in modo periodico in concomitanza con la scansione del generatore fotovoltaico (funzione MPPT Scanning abilitata), è possibile che sia dovuto proprio all’intervento intempestivo degli scaricatori di sovratensione. In questi casi la rimozione degli scaricatori e la forzatura della scansione del generatore fotovoltaico permette di accertare l’effettiva causa di generazione dell’allarme.

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