I 10 principali errori di cablaggio della protezione CC che portano a guasti catastrofici: Una guida per gli ingegneri

Attraverso l'obiettivo di una termocamera, la scatola era una zona disastrata. Mentre la temperatura ambientale del tetto era di 40°C, i terminali all'interno del combinatore brillavano a 180°C. Un'analisi post-mortem ha mostrato la causa principale: i capicorda non correttamente serrati. Due anni di cicli termici quotidiani - l'espansione e la contrazione dovute al riscaldamento solare - avevano progressivamente allentato i collegamenti. Ciò ha creato punti ad alta resistenza che hanno agito come elementi riscaldanti in miniatura, cuocendo lentamente i componenti fino a quando l'intero gruppo è stato sull'orlo di un incendio catastrofico.

Questo scenario è il mio mondo. In qualità di ingegnere applicativo senior, sono stato chiamato a indagare su decine di guasti proprio come questo. La dura verità è che mentre la tecnologia solare è più affidabile che mai, la fisica unica della corrente continua (DC) non perdona. A differenza della corrente alternata (CA) che alimenta i nostri edifici, la corrente continua non spegne naturalmente il proprio arco, rendendola molto più pericolosa quando viene maneggiata in modo scorretto.

La buona notizia è che questi guasti sono quasi del tutto evitabili. Non derivano da fenomeni esotici, ma da una manciata di errori comuni e fondamentali commessi durante la fase di progettazione e installazione. Questa guida raccoglie i 10 errori più comuni che vedo ogni anno sul campo. Imparate a conoscere questi concetti e non solo garantirete la sicurezza e la longevità dei vostri sistemi, ma vi eleverete a veri professionisti del settore.

Errore #1: Utilizzo di dispositivi CA in Circuiti DC

Questo è probabilmente l'errore più comune e pericoloso che un nuovo installatore possa commettere. Prendere un interruttore standard in corrente alternata dal camion e installarlo in una scatola combinata in corrente continua è la ricetta per un disastro.

L'errore: Si presume che un interruttore sia un interruttore. Gli installatori utilizzano fusibili, interruttori o interruttori in corrente alternata nei circuiti in corrente continua, spesso perché sono più economici o più facilmente reperibili.

Perché è pericoloso: La corrente alternata e quella continua sono fondamentalmente diverse. La corrente alternata passa attraverso lo zero 120 volte al secondo (in un sistema a 60 Hz). Questo momento di “attraversamento dello zero” offre l'opportunità a un dispositivo di protezione da sovracorrenti di spegnere l'arco elettrico che si forma quando i suoi contatti si aprono. La corrente continua, invece, è un flusso continuo e inarrestabile. Quando un dispositivo CC si apre sotto carico, deve estendere e raffreddare l'arco da solo, senza l'aiuto di un attraversamento dello zero. Un interruttore CA utilizzato in un circuito CC probabilmente non riuscirà a eliminare un guasto, consentendo la formazione di un arco prolungato. Questo arco è essenzialmente un plasma, che raggiunge migliaia di gradi e che può fondere il dispositivo, bruciare l'involucro e innescare un incendio.

La soluzione:

1. Verificare sempre il valore nominale della corrente continua: Utilizzare solo componenti esplicitamente elencati per l'uso in c.c. (ad esempio, UL 489B per interruttori scatolati in c.c. o fusibili con classificazione gPV).
2. Controllare le indicazioni di tensione e corrente: Un dispositivo in c.c. correttamente classificato presenta chiare indicazioni sulla tensione in c.c. (VDC) e sull'amperaggio. Se c'è scritto solo “VAC”, non è adatto al vostro impianto fotovoltaico.
3. Comprendere le marcature: Cercare la classe di fusibili gPV distintiva per le applicazioni specifiche per il solare o il simbolo della linea retta (-) per la corrente continua, in contrapposizione al simbolo della linea ondulata (~) per la corrente alternata.

Il risultato principale: Se non c'è scritto DC, non usarlo. Punto.

Errore #2: Errori di tensione nominale

La tensione è una pressione elettrica. Se la pressione è superiore a quella per cui è stato progettato il contenitore, questo si guasta. In un impianto fotovoltaico, questo guasto può essere esplosivo.

L'errore: Scegliere dispositivi di protezione con una tensione nominale inferiore alla tensione massima possibile del sistema.

Perché è pericoloso: La tensione di una stringa di pannelli solari non è costante. È massima a circuito aperto (Voc) e aumenta con il freddo. L'articolo 690.7 del NEC richiede agli installatori di calcolare la tensione massima del sistema in base alla temperatura ambiente più bassa prevista per il sito. Un interruttore da 600 VCC installato in un sistema che può raggiungere i 650 VCC in una fredda mattina d'inverno è un guasto critico in attesa di verificarsi. Una condizione di sovratensione può far sì che il dispositivo non riesca a interrompere un guasto, provocando un arco elettrico, oppure può causare un guasto dielettrico, in cui l'isolamento all'interno del dispositivo si rompe in modo catastrofico.

La soluzione:

1. Calcolare la tensione massima del sistema: Utilizzare i fattori di correzione della temperatura della tabella NEC 690.7(A) per trovare la Voc corretta per la temperatura minima record della vostra località. Ad esempio, una stringa con una Voc di 580V a 25°C potrebbe facilmente superare i 650V a -10°C.
2. Selezionare di conseguenza i dispositivi: Scegliere fusibili, interruttori e sezionatori con una tensione nominale CC pari o superiore a questa tensione massima calcolata.
3. Considerare l'intero sistema: Questo vale per tutti i componenti: combinatori, ricombinatori, inverter e scollegamenti dall'array fino all'inverter.

Suggerimento per i professionisti: Aggiungere sempre un margine di sicurezza. Se la tensione massima calcolata è di 590 V, non utilizzare un dispositivo da 600 V. Passate alla tensione standard successiva (ad esempio, 800V o 1000V) per una maggiore sicurezza e affidabilità.

Errore #3: Inversione di polarità negli interruttori polarizzati

Nel mondo della corrente continua, la direzione è importante. Molti interruttori in corrente continua sono “polarizzati”, cioè progettati per essere attraversati da corrente in una sola direzione.

L'errore: Cablare un interruttore CC polarizzato al contrario, collegando la sorgente al terminale di carico e viceversa.

Perché è pericoloso: Gli interruttori polarizzati contengono piccoli magneti permanenti. Questi magneti sono posizionati in modo strategico per aiutare a spingere il L'arco elettrico viene convogliato nello “scivolo dell'arco” quando i contatti si aprono. Lo scivolo dell'arco è una camera di alette metalliche progettata per allungare, raffreddare e spegnere l'arco. Se si cabla l'interruttore al contrario, i magneti spingeranno l'arco elettrico nel direzione opposta-Lontano dallo scivolo dell'arco e direttamente nel corpo di plastica infiammabile dell'interruttore stesso. Questo distruggerà istantaneamente l'interruttore e quasi certamente causerà un incendio all'interno dell'involucro.

La soluzione:

1. Identificare i terminali: Cercare i segni “+” e “-” o le etichette “LINE” e “LOAD” sull'interruttore. Nelle applicazioni solari, il lato “LINEA” deve sempre essere collegato alla sorgente (le stringhe fotovoltaiche) e il lato “CARICO” alla destinazione (la sbarra o l'inverter).
2. Ricontrollare le connessioni: Prima di dare tensione al sistema, tracciare fisicamente i fili e verificare che ogni singolo dispositivo polarizzato sia collegato correttamente.
3. Formare il team: Si tratta di un punto di formazione fondamentale per tutti gli installatori. Tutti gli addetti ai lavori devono comprendere la funzione dei dispositivi polarizzati e le gravi conseguenze di un cablaggio errato.

Il risultato principale: Su un interruttore CC polarizzato, LINEA e CARICO non sono suggerimenti: sono un requisito di sicurezza fondamentale.

Errore #4: dimensionamento improprio della sovracorrente

Dimensionamento dei dispositivi di protezione contro le sovracorrenti (OCPD) per I circuiti solari non sono la stessa cosa del dimensionamento per i carichi standard in corrente alternata. L'uso di calcoli sbagliati può portare a interventi fastidiosi o, peggio, alla totale mancanza di protezione del circuito.

L'errore: Dimensionamento di un fusibile o di un interruttore basato solo sulla corrente di targa del pannello (Isc) o utilizzando le regole standard di dimensionamento della corrente alternata.

Perché è pericoloso: I circuiti solari sono considerati a carico continuo e sono soggetti a “effetti ”edge of cloud", dove il passaggio di nuvole può causare un aumento temporaneo dell'irraggiamento, incrementando la produzione di corrente. L'articolo 690.9(A) della NEC richiede una formula di dimensionamento specifica per tenere conto di entrambi i fattori. Il dimensionamento di un fusibile troppo piccolo lo farà saltare in condizioni di picco normali (intervento di disturbo). Un dimensionamento troppo grande non proteggerà i conduttori dal surriscaldamento durante un guasto, creando un rischio di incendio.

La soluzione: Il NEC prevede un calcolo in due parti, che si combinano in un unico moltiplicatore: 1.56.

1. Calcolo della valutazione richiesta: Il valore minimo dell'OCPD corrisponde alla corrente di cortocircuito della stringa (Isc) moltiplicata per 1,56.
   • Potenza richiesta = Isc × 1,25 (per carico continuo) × 1,25 (per sovrairraggiamento) = Isc × 1,56
2. Selezionare il formato standard successivo: Dopo aver calcolato il rating richiesto, è necessario selezionare il taglia standard successivaper il fusibile o l'interruttore. Ad esempio, se si dispone di una stringa con un Isc di 9,8A:
   • Potenza richiesta = 9,8A × 1,56 = 15,29A
   • Il fusibile standard successivo è da 20A. Un fusibile da 15A sarebbe troppo piccolo e provocherebbe fastidiose interruzioni.

Suggerimento per i professionisti: Verificare sempre la scheda tecnica del modulo per il “Massimo valore nominale del fusibile in serie”. La dimensione calcolata dell'OCPD non deve superare questo valore. In caso contrario, il progetto della stringa è difettoso.

Errore #5: ignorare il declassamento della temperatura

La corrente nominale stampigliata su un interruttore o un fusibile è valida solo a una temperatura ambiente specifica e controllata (in genere 40°C per gli interruttori, 25°C per i fusibili). Una scatola combinatore su un tetto commerciale nero in Texas non è un ambiente controllato.

L'errore: Mancata regolazione della portata di corrente di un dispositivo di protezione in base alla temperatura ambiente effettiva all'interno dell'involucro.

Perché è pericoloso: Il calore è nemico dei componenti elettrici. Un interruttore nominale da 100A a 40°C potrebbe essere in grado di gestire solo 85A in modo continuo quando la temperatura all'interno della scatola del combinatore raggiunge i 60°C (140°F). Se si sta spingendo 90A attraverso di esso, il meccanismo di sgancio termico interno dell'interruttore si attiverà, causando un intervento fastidioso. Ciò comporta tempi di inattività del sistema e costose chiamate per la risoluzione dei problemi. Per quanto riguarda i fusibili, le alte temperature ambientali possono degradare l'elemento del fusibile nel tempo, causandone il guasto prematuro.

La soluzione:

1. Stima della temperatura dell'involucro: Determinare una temperatura interna realistica per la scatola del combinatore. Una regola empirica comune è quella di aggiungere 20-30°C alla massima temperatura media diurna del luogo, soprattutto per le cassette esposte al sole diretto.
2. Consultare le schede tecniche del produttore: Trovare la tabella di declassamento della temperatura nella scheda tecnica del dispositivo. Questo fornirà i fattori di correzione per le varie temperature.
3. Applicare il fattore di correzione: La formula è: Potenza effettiva = Potenza nominale × Fattore di correzione. Per dimensionare correttamente, è necessario lavorare all'indietro: Potenza nominale richiesta = Ampere del circuito / Fattore di correzione.
   • Esempio: È necessario proteggere un circuito da 40A all'interno di un box che raggiungerà i 60°C. La scheda tecnica dell'interruttore indica un fattore di correzione pari a 0,85 a 60°C.
   • Potenza nominale richiesta = 40A / 0,85 = 47A. È necessario scegliere un interruttore da 50 A per gestire in modo sicuro 40 A in un ambiente così caldo.

Il risultato principale: Si presume che il combinatore sarà caldo e si dimensionano i dispositivi di protezione di conseguenza. Il valore di targa è un punto di partenza, non la risposta finale.