Di Will White, Fluke Senior Application Specialist, DER

Esistono diversi tipi di guasti a terra e alcuni sono più facili da diagnosticare e localizzare rispetto ad altri. È possibile utilizzare diverse tecniche di test per identificare e localizzare i guasti. Spesso può essere difficile stabilire quale test fornirà i risultati più rapidi e accurati. I guasti a terra sono uno dei problemi più comuni negli impianti fotovoltaici, indipendentemente dal tipo o dalle dimensioni del sistema.

Quando un conduttore percorso da corrente entra in contatto con parti metalliche messe a terra possono verificarsi diversi problemi.

• Le parti metalliche non percorse da corrente, ad esempio il telaio di un modulo, possono essere eccitate, cosa che può creare un serio rischio per la sicurezza.
• I guasti a terra possono causare archi elettrici, con conseguente generazione di calore e formazione di scintille che possono causare incendi.
• La corrente che fluisce a massa attraverso il guasto a terra non raggiunge l'inverter, il che riduce le prestazioni del sistema e il ritorno finanziario.

In questo articolo tratteremo in breve i tipi di guasti a terra, esamineremo i vari test che possono essere utilizzati per identificare e localizzare i guasti a terra e illustreremo quando utilizzare i diversi test per ottenere risultati con la massima velocità.

I due tipi di guasti a terra DC

Esistono due tipi di guasti a terra: guasti a terra permanenti e guasti a terra intermittenti.

1. I guasti a terra permanenti sono collegamenti a bassa resistenza tra un conduttore percorso da corrente e una parte metallica con messa a terra.
   • Sono sempre presenti e fanno scattare il sistema di rilevamento dei guasti a terra nell'inverter.
   • Esistono molte cause dei guasti a terra permanenti, ma la maggior parte deriva dalla scarsa qualità degli interventi eseguiti.
   • Gli errori di installazione comuni includono lo schiacciamento di un filo, il suo danneggiamento durante l'installazione o tecniche di gestione dei cavi inadeguate.
   • Poiché questi guasti a terra sono sempre presenti, sono relativamente facili da individuare con uno dei metodi di test descritti di seguito; alcuni metodi di test, tuttavia, possono richiedere giorni a causa dei requisiti di processo o di altre limitazioni.
2. I guasti a terra intermittenti sono guasti a resistenza più elevata che possono presentarsi e scomparire a seconda delle condizioni ambientali o meccaniche.
   • Sono spesso causati dallo schiacciamento dei fili da parte degli array di tracciamento.
   • Possono verificarsi anche quando il sistema è esposto all'umidità, ad esempio in caso di precipitazioni o al mattino in presenza di rugiada.
   • Poiché i guasti a terra intermittenti possono essere ad alta resistenza e avere natura transitoria, possono essere complessi da identificare e ancora più difficili da localizzare.
   • Questi tipi di guasti possono attivare la protezione dai guasti a terra degli inverter solo in condizioni specifiche.

Cercate informazioni più approfondite su queste differenze? Leggete l'articolo successivo La differenza tra i guasti a terra permanenti e intermittenti.

Metodi di test per localizzare i guasti a terra

Test della resistenza d'isolamento

Strumenti Fluke: Tester della resistenza d'isolamento Fluke 1507, multimetro per test di isolamento Fluke 1587 FC, tester della resistenza d'isolamento e megOhmMeter Fluke 1537, tester multifunzione e analizzatore di prestazioni per impianti fotovoltaici Fluke SMFT-1000, tracciacurve I-V

Cos'è/come funziona:

• Definizione: il test della resistenza d'isolamento (IRT) è un metodo utilizzato per rilevare conduttori con bassa resistenza a massa.
• Meccanismo: invia un segnale ad alta tensione e a bassa corrente attraverso un conduttore e misura la corrente di dispersione a massa, espressa in ohm.
• Interpretazione: una resistenza bassa è indice di un potenziale guasto a terra.

Casi di utilizzo:

• Localizzazione di guasti sconosciuti: utilizzare quando non è chiaro quale circuito è interessato da un guasto a terra.
• Isolamento sistematico:
  • Testare l'intero combiner in modo da restringere l'area interessata.
  • Quindi testare le singole stringhe all'interno del combiner interessato.
• Guasti intermittenti:
  • Può aiutare a rilevare alcuni guasti a terra intermittenti.
  • Si consiglia di confrontare stringhe simili in condizioni ambientali identiche.

Ideale per:

• Guasti a terra permanenti (percorsi chiari e a bassa resistenza a massa).
• Isolamento iniziale dei guasti in impianti FV di grandi dimensioni.
• Test comparativi tra stringhe FV simili per individuare problemi insidiosi.

Limitazioni:

• Precisione della localizzazione dei guasti: l'IRT non individua la posizione esatta di un guasto a terra.
• Scollegamento fisico richiesto: spesso le stringhe devono essere isolate (ad esempio, scollegando il lato negativo dalla barra collettrice), cosa che:
  • Richiede molto tempo
  • Se eseguita ripetutamente, può causare usura o danni
• Rilevamento di guasti intermittenti:
  • Potrebbero non essere individuati guasti che compaiono solo in determinate condizioni.
  • Richiede un attento confronto tra circuiti simili per dedurre la presenza di problemi.
• Non conclusivo da solo: può essere utilizzato insieme al modello Fluke GFL-1500 per localizzare l'esatta posizione del guasto.

Desiderate imparare a utilizzare i test della resistenza di isolamento per localizzare i guasti a terra intermittenti? Leggete in seguito questo articolo: Come testare le stringhe FV per eventuali guasti a terra intermittenti

Test della tensione a massa

Strumenti Fluke: Multimetro digitale Fluke 283 FC/PV da 1500 V, multimetro a pinza Fluke 393 FC da 1500 V

Cos'è/come funziona:

• Definizione: metodo diagnostico in cui viene misurata la tensione tra i conduttori DC positivo o negativo e la massa.
• Condizione normale: nella maggior parte dei casi, quando l'inverter è spento, non deve essere presente tensione tra il conduttore DC e la massa (ovvero, misure prossime a zero).
• Condizione di guasto: un guasto a terra introduce un collegamento tra un conduttore (positivo o negativo) e la massa, determinando un potenziale di tensione misurabile tra tale conduttore e la massa.

Applicazione:

• Consente di identificare quale stringa FV presenta il guasto.
• Con i calcoli di base, è possibile stimare la posizione approssimativa del guasto lungo la stringa.

Casi di utilizzo:

• Ricerca di stringhe difettose: rileva quale stringa presenta un guasto a terra.
• Stima della posizione del guasto: consente di individuare la posizione approssimativa del guasto utilizzando le misure di tensione e semplici calcoli matematici.
• Indagine dei guasti intermittenti: è in grado di rilevare guasti intermittenti se si ricreano le condizioni che causano il guasto, ad esempio:
  • Spostamento di un tracker
  • Test in condizioni di umidità

Ideale per:

• Guasti a terra permanenti (guasti a bassa resistenza diretti).
• Situazioni in cui è necessaria una stima approssimativa della posizione del guasto.
• Array con condizioni variabili che consentono la riproduzione dei guasti.

Limitazioni:

• Isolamento richiesto:
  • È necessario scollegare il lato negativo della stringa FV da altre stringhe o dall'inverter.
  • Si tratta di un'operazione dispendiosa in termini di tempo, che comporta un rischio per la sicurezza e che, se eseguita frequentemente, può danneggiare i terminali.
• Non sempre efficace per i guasti intermittenti:
  • Richiede la capacità di ricreare le condizioni di guasto in modo affidabile.
• Stima esclusivamente approssimativa:
  • Fornisce la posizione approssimativa, non precisa, del guasto.

Per ulteriori informazioni su questa procedura, vedere: Come utilizzare le misure di tensione per localizzare i guasti a terra negli array fotovoltaici solari

Test avanzati per la localizzazione dei guasti a terra

Strumento Fluke: Localizzatore di guasti a terra Fluke GFL-1500

Cos'è/come funziona:

• Definizione: uno strumento specialistico per identificare e localizzare rapidamente i guasti a terra negli impianti fotovoltaici solari.
• Funzione di analisi:
  • Misura la tensione a circuito aperto, le tensioni positivo a massa e negativo a massa.
  • Stima la resistenza del guasto (in ohm) e restituisce uno dei quattro risultati seguenti:

1. Guasto permanente (bassa resistenza, tensione a massa)
2. Nessun guasto rilevato
3. Guasto a resistenza elevata (tensione presente, ma la resistenza è elevata)
4. Capacità e resistenza elevate (risultati non conclusivi a causa delle caratteristiche del sistema)

• Funzione guasti:
  • Inietta un segnale tracciabile che può essere tracciato utilizzando un ricevitore (con allarme audio) o una pinza per individuare l'esatta posizione del guasto.
• Funzione circuito aperto:
  • Inietta un segnale tracciabile che può essere tracciato utilizzando il ricevitore per individuare la posizione esatta di un'interruzione in un circuito.
• Funzione di mappatura:
  • Invia un segnale tracciabile attraverso un circuito che può essere tracciato utilizzando il ricevitore o la pinza per mappare i circuiti in un array. Questa funzione è utile se la documentazione di installazione e le mappe delle stringhe non sono chiare o non sono disponibili.

Casi di utilizzo:

• Rilevamento e localizzazione dei guasti a terra permanenti
  • Rileva rapidamente l’eventuale presenza di un guasto a terra.
  • Individua l’esatta posizione del guasto.
• Indagine dei guasti intermittenti
  • È in grado di rilevare guasti intermittenti se si ricreano le condizioni che causano il guasto, ad esempio:
    • Spostamento di un tracker
    • Test in condizioni di umidità
• Identificazione dell'interruzione:
  • È in grado di rilevare interruzioni di circuito, ad esempio un'interconnessione non riuscita tra moduli.
• Mappatura di circuiti:
  • Aiuta a mappare i circuiti nei sistemi privi di un’accurata documentazione del cablaggio.

Ideale per:

• Tecnici ai quali servono velocità e precisione nella ricerca guasti.
• Guasti a terra permanenti e molti guasti a resistenza più elevata.
• Situazioni in cui i test manuali sono troppo lenti o forniscono risultati non conclusivi.
• Array complessi o privi di documentazione, in cui la mappatura apporta benefici.

Limitazioni:

• Richiede formazione:
  • Curva di apprendimento iniziale; per un utilizzo efficace, gli utenti devono avere familiarità con il funzionamento del dispositivo.
• Non infallibile su tutti i guasti:
  • Può restituire risultati non conclusivi su sistemi a capacità e resistenza elevate.
• Dipendenza dai dispositivi:
  • Si basa sull'immissione di dati corretti (ad esempio, il conteggio dei moduli) per la precisione della localizzazione dei guasti utilizzando il diagramma dei moduli nella funzione di analisi.
• Richiede un flusso di lavoro corretto in alcune applicazioni
  • È necessario isolare i circuiti in alcuni flussi di lavoro e funzioni per ottenere risultati accurati.

Ottenete la guida dettagliata: Come testare le stringhe FV per eventuali guasti a terra permanenti

Quale metodo di test dei guasti a terra utilizzare e quando

I guasti a terra non si presentano sempre allo stesso modo ed è per questa ragione che un unico metodo di test non è sufficiente. Guasti permanenti e intermittenti possono verificarsi indipendentemente o simultaneamente in qualsiasi impianto FV, indipendentemente dal design o dalla qualità. Per risolvere i problemi in modo efficiente e sicuro, i tecnici dovrebbero sempre essere pronti a impiegare più strumenti diagnostici, in modo da poter confermare rapidamente la presenza di un guasto a terra, localizzarne la posizione e riportare il sistema online il prima possibile.

Utilizzare la seguente tabella per confrontare i punti di forza e le limitazioni di ciascun metodo di test e scegliere quello giusto in base al tipo di guasto e alle condizioni del sito:

Indipendentemente dal metodo scelto inizialmente, disporre di tutti e tre gli approcci diagnostici pronti per l'implementazione offre le migliori possibilità di identificare e risolvere rapidamente un guasto di terra, senza tentativi ed errori o tempi di inattività non necessari.

Conclusione: sicurezza, velocità e precisione iniziano con gli strumenti giusti

Sui tecnici del settore dell'energia solare grava spesso la pressione di dover ripristinare i sistemi in modo rapido e sicuro. I guasti a terra, persistenti o intermittenti, possono mettere a rischio sia l’incolumità delle persone che la potenza erogata. Ecco perché l'obiettivo principale è semplice:

1. Identificare il guasto
2. Localizzarlo con precisione
3. Ripararlo in modo efficiente e sicuro

A questo scopo, i tecnici devono abbinare il metodo corretto al guasto specifico con cui hanno a che fare. Un guasto permanente potrebbe essere rilevato rapidamente con i test della tensione o della resistenza di isolamento, ma la sua esatta localizzazione richiede una precisione maggiore. Un guasto a terra intermittente potrebbe non essere rilevato a meno che non siano presenti le condizioni e gli strumenti giusti. Inoltre, in sistemi più complessi o ad alto rischio, strumenti di diagnostica avanzata come il localizzatore di guasti a terra Fluke GFL-1500 possono ridurre drasticamente il tempo e l’impegno necessari per la ricerca guasti.

In breve, se volete preservare la sicurezza, la produttività e la redditività degli impianti FV, dotatevi di un kit di strumenti completo e delle conoscenze necessarie per utilizzarli in modo oculato. In questo modo potrete abbinare il metodo al guasto e risolverlo correttamente al primo tentativo.

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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