Come testare le stringhe FV per eventuali guasti a terra intermittenti

Di Will White, Fluke Senior Application Specialist, DER

I guasti a terra intermittenti negli impianti fotovoltaici (FV) sono tra i problemi più sfuggenti che i tecnici del settore dell’energia solare devono affrontare. A differenza dei guasti permanenti, o attivi, i guasti intermittenti spesso fanno la loro comparsa solo in condizioni specifiche: precipitazioni, espansione termica o persino spostamento degli array di tracciamento. Se non vengono risolti, possono far scattare gli inverter, creare rischi per la sicurezza e causare guasti a tutto campo.

Questa guida fornisce un metodo dettagliato per testare in sicurezza le stringhe FV eccitate al fine di localizzare i guasti a terra intermittenti utilizzando strumenti e procedure affidabili.

Cos'è un guasto a terra intermittente?

Un guasto a terra intermittente è un collegamento elettrico temporaneo tra un conduttore percorso da corrente (per esempio positivo o negativo DC) e un componente metallico collegato a massa, come il rack o il telaio del modulo. A differenza di un guasto permanente, il collegamento non è prolungato.

Questi guasti possono verificarsi solo quando:

• Piove o si forma condensa
• Il sole riscalda i materiali provocandone l’espansione
• L'array si trova in una posizione di tracciamento specifica
• I conduttori sfregano contro i bordi sotto il carico del vento

A causa della loro natura intermittente, spesso non vengono rilevati dalla protezione standard dai guasti a terra.

La sicurezza prima di tutto: utilizzare gli adeguati dispositivi di protezione individuale

I test dei sistemi eccitati comporta un rischio significativo. Attenersi sempre ai protocolli di sicurezza elettrica della propria organizzazione e allo standard NFPA 70E®.

A seconda delle dimensioni e della tensione del sistema, i dispositivi di protezione individuale possono includere:

• Guanti isolati elettricamente
• Indumenti ignifughi
• Schermo facciale o indumenti con protezione contro gli archi elettrici

I guasti a terra possono causare un flusso di corrente imprevedibile. Presumere sempre che il sistema sia pericoloso e che le parti metalliche non percorse da corrente siano eccitate finché una verifica non dimostri il contrario.

Guida dettagliata ai test delle stringhe FV eccitate per verificare la presenza di guasti a terra intermittenti

Passo 1. Conoscere i valori di tensione previsti

Prima di eseguire i test, calcolare la tensione a circuito aperto (Voc) per ciascuna stringa FV. Utilizzare la scheda tecnica del modulo e moltiplicare la Voc del modulo per il numero di moduli nella stringa.

Ad esempio:

• Voc modulo = 53,8 VDC
• 16 moduli in serie
  → Voc stringa = 860,8 VDC

Conoscere questo valore di base consente di identificare le letture anomale.

Passo 2. Utilizzare i dati di monitoraggio del sistema (se disponibili)

Se il sistema è monitorato, controllare i registri dell'inverter per verificare:

• Codici di errore dei guasti a terra
• Ora del giorno dell’intervento
• Tendenze correlate al meteo

Ciò può aiutare a determinare con precisione quando e in quali condizioni si verifica il guasto.

Passo 3. Lockout/tagout (LOTO) e ispezione visiva

Sebbene il test interesserà stringhe eccitate, è comunque necessario innanzitutto isolare e mettere in sicurezza l'area.

• Aprire il sezionatore senza interruzione di carico per la sezione su cui si interverrà.
• Applicare i dispositivi LOTO al combiner box o ai sezionatori.
• Etichettare ciascun dispositivo LOTO con:
  • Nome del tecnico
  • Numero di telefono
  • Data
  • Intervento in corso di esecuzione

Quindi, ispezionare visivamente l'array per verificare la presenza di:

• Segni di bruciatura o scolorimento sui moduli
• Connettori fusi
• Fili danneggiati o schiacciati
• Segni di intrusione d'acqua

Alcuni guasti intermittenti sono visibili prima di iniziare i test.

Passo 4. Verificare che non vi sia flusso di corrente

Prima di aprire i portafusibili o di scollegare i conduttori, utilizzare un multimetro a pinza DC (ad esempio, Fluke 393 FC o 283 FC/PV) per controllare il flusso di corrente.

• Applicare la pinza individualmente intorno a ogni conduttore positivo e negativo della stringa.
• Confermare che la corrente sia zero prima di procedere.

Avvertenza: non aprire mai i portafusibili né scollegare fili in presenza di flusso di corrente. Ciò può causare un arco DC pericoloso.

Passo 5. Testare la tensione a massa della stringa FV (lato positivo)

1. Aprire tutti i portafusibili positivi per isolare i conduttori positivi.
2. Se possibile, assicurarsi che tutti i portafusibili negativi siano aperti o che i conduttori negativi siano rimossi dalla barra collettrice negativa e isolati. (Questo accorgimento è utile, ma in questa fase non vi è necessità di isolare il conduttore negativo.)
3. Connettere:
   • Cavo positivo del multimetro al conduttore positivo della stringa
   • Cavo negativo del multimetro alla barra collettrice di messa a terra
4. Registrare la tensione.
5. Una lettura pari a zero è indice dell’assenza di guasti. Una tensione diversa da zero potrebbe indicare un guasto a terra intermittente.

Continuare a testare ciascuna stringa singolarmente, proteggendo sempre le estremità esposte dei fili con coprifili o nastro isolante.

Quando si eseguono i test con i conduttori negativi collegati in parallelo attraverso la barra collettrice negativa, un guasto a terra provoca la misura di tensione su qualsiasi conduttore positivo a massa finché i collegamenti negativi in parallelo non vengono rimossi e l'estremità negativa delle stringhe non viene isolata.

Passo 6. Testare la tensione a massa della stringa FV (lato negativo)

Ripetere ora lo stesso processo per i conduttori negativi:

1. Con tutti i portafusibili positivi aperti e l'estremità negativa del conduttore isolata da altri conduttori (aprire il portafusibili negativo se disponibile o scollegare il conduttore negativo dalla barra collettrice), collegare:
   • Cavo negativo del multimetro al conduttore negativo della stringa
   • Cavo positivo del multimetro alla barra collettrice di messa a terra
2. Registrare la tensione.
3. Risultato previsto: 0 VDC
   Anomalo: qualsiasi tensione diversa da zero può indicare un guasto.
4. Dopo ogni test, proteggere le estremità esposte dei fili con coprifili o nastro isolante o ricollegare il conduttore al terminale in modo sicuro.

Ripetere questa procedura per ogni stringa nel combiner box.

Passo 7. Test in presenza di umidità o ricreando le condizioni dei guasti

Poiché i guasti intermittenti spesso dipendono da fattori esterni, provare a eseguire i test in condizioni simili:

• Eseguire i test la mattina presto quando è presente condensa, dopo che ha piovuto o dopo aver spruzzato acqua distillata sui moduli (solo se permesso e sicuro).
• Se il sistema utilizza tracker, spostare l'array nella posizione in cui il guasto si è verificato l’ultima volta e ripetere il test.

Esercitare estrema cautela durante i test in condizioni di umidità, poiché potrebbero essere presenti ulteriori rischi per la sicurezza. Assicurarsi che gli strumenti siano classificati per l'uso in questi ambienti.

Passo 8. Identificare i valori anomali

Una volta testate tutte le stringhe:

• Confrontare tutti i valori di tensione massa-conduttore.
• Cercare eventuali valori anomali, ossia stringhe che mostrano letture anomale.
• Tali stringhe sono quelle candidate a ulteriori test tramite resistenza di isolamento o ispezione localizzata.

Per ulteriori metodi di isolamento, vedere: Come utilizzare le misure di tensione per localizzare i guasti a terra negli array fotovoltaici solari

Strumenti consigliati per questo processo

• Multimetro a pinza elettrosolare Fluke 393 FC per la misura della corrente DC
• Multimetro digitale elettrosolare Fluke 283 FC/PV e pinza amperometrica wireless per la misura della corrente DC
• Localizzatore di guasti a terra Fluke GFL-1500
• Multimetro per test di isolamento Fluke 1587 FC per test della resistenza d'isolamento (se necessario)
• Multimetro certificato CAT III o IV con tensione nominale superiore alla Voc del sistema

Come procedere se non viene rilevato alcun guasto?

Se non si rileva un guasto nelle condizioni correnti:

• Programmare nuovi test in presenza di condizioni meteorologiche avverse
• Utilizzare i dati di monitoraggio per restringere la finestra
• Prendere in considerazione ulteriori test della resistenza di isolamento su circuiti diseccitati
  → Come testare i circuiti FV diseccitati per verificare la presenza di guasti a terra

Riepilogo

I guasti a terra intermittenti possono essere difficili da rilevare, ma spesso sono il primo segnale di allarme di un guasto più grave. Adottando meticolose precauzioni di sicurezza e un approccio passo-passo, è possibile isolare potenziali stringhe problematiche e preservare il funzionamento in sicurezza del sistema.

Informazioni sull'autore

Will White ha iniziato a lavorare nel settore dell’energia solare nel 2005 per un piccolo integratore. Dopo gli inizi come installatore, ha lavorato nelle vendite, nella progettazione e nella gestione progetti, per assumere infine il ruolo di Director of Operations. Nel 2016 è entrato a far parte del corpo docenti incaricato del programma di studi presso Solar Energy International (SEI), dedicandosi allo sviluppo dei contenuti dei corsi e all'insegnamento nel campo dell’energia solare. Nel 2022 si è trasferito in Fluke assumendo il ruolo di Solar Application Specialist, posizione in cui offre supporto alle apparecchiature di test delle energie rinnovabili tra cui tracciacurve I-V, misuratori elettrici e termocamere.

Ha maturato esperienza nei campi dell'energia eolica, del solare termico, dell'accumulo di energia e degli impianti FV su ogni scala. Crede fortemente nell’implementazione di tecniche di installazione di alta qualità e conformi ai codici. Will è un professionista certificato NABCEP per l'installazione di impianti fotovoltaici dal 2006 e in precedenza è stato un installatore certificato NABCEP per il solare termico. Ha conseguito la laurea di primo livello in business management presso il Columbia College a Chicago e un MBA alla University of Nebraska-Lincoln. Trascorre il tempo libero dedicandosi, insieme a moglie e figlia, ai lavoretti sulla loro dimora nel Vermont centrale, una casa di paglia fuori rete.

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