Blitz-wall Protezione per Piranometri Contro i Fulmini

Blitz-Wall è un dispositivo di protezione da sovracorrenti e sovravoltaggi. Protegge sensori e centraline di monitoraggio degli impianti fotovoltaici da sovratensioni transitorie indotte dai fulmini. Per la sua realizzazione sono stati usati componenti GDT, ed è stata seguita la normativa IEC 61643-31

Le minacce ricorrenti dei grandi campi fotovoltaici, non sono più i furti ma le fulminazioni di origine atmosferica.

Blitz-Wall

Blitz-Wall nasce come risposta all’esigenza di proteggere sensori e centraline di monitoraggio degli impianti fotovoltaici.

Blitz-Wall è un dispositivo che protegge da sovratensioni transitorie indotte dai fulmini tutti i tipi di sensori con alimentazione 12÷30 Vcc.

Blitz-Wall sfrutta la tecnologia degli scaricatori a gas (GDT) che si attivano andando in conduzione portando a terra la carica che li ha investiti. Il dispositivo è all’interno di un contenitore in polimeri di acrilico, riempito con resina resistente ai raggi UV.

Blitz-Wall viene inserito comodamente con connettori plug and play sullo stesso cavo che porta alimentazione e segnali tra un data-logger e il sensore, in questo caso Sunmeter.

I vantaggi di Blitz-Wall

  • Protezione da sovratensioni transitorie indotte dai fulmini.
  • Istallazione esterno: a differenza di prodotti realizzati da altri costruttori, Blitz-Wall è un dispositivo con grado IP66 quindi si installa in esterno in prossimità del sensore da proteggere.
  • Rapporto qualità prezzo superiore: a differenza di analoghi prodotti di noti costruttori, Blitz-Wall costa la metà.
GDT

Blitz-Wall oltre ad aumentare le protezioni già esistenti all’interno del sensore consente di diminuire i costi di manutenzione straordinaria. Infatti in occasioni di fulminazioni Blitz-wall interviene per poi ripristinarsi dopo alcuni secondi; nel caso la scarica ponesse Blitz-wall fuori uso, l’eventuale sua sostituzione sarebbe meno onerosa sia economicamente che in termini di tempi tecnici poiché non si dovrebbe attendere un nuovo sensore.

Blitz-Wall è basato sulla tecnologia degli scaricatori a gas; il funzionamento è garantito dal produttore per un numero finito di cicli di scariche alle quali possono essere sottoposte. Il numero di scariche è variabile e dipende dall’intensità delle scariche stesse.

Come funziona?

Blitz-Wall con due circuiti separati protegge sia la linea di alimentazione che quella dei dati, sia essa analogica che digitale.

Protezione da sovracorrenti e sovravoltaggi

La protezione interviene quando si producono sovratensioni transienti indotte da un fulmine che si scarica in prossimità di un impianto fotovoltaico. In questi casi si verificano fenomeni induttivi importanti lungo i cavi presenti nell’area circostante di dove si è scaricato il fulmine.

Gli scaricatori a gas, sono accoppiati elettricamente a degli induttori posti in serie lungo la linea per ogni linea protetta. In condizioni normali, lo scaricatore a gas risulta un circuito aperto non influendo sulla linea, perché la differenza di potenziale ai suoi capi (tra le linee e la messa a terra) non è sufficiente ad innescare la ionizzazione a valanga del gas all’interno dello scaricatore, che quindi risulta con un’alta resistenza elettrica dell’ordine del GOhm.

L’induttore varia la propria impedenza e quindi la tensione che cade ai propri capi in funzione della velocità con cui varia nel tempo il segnale che lo attraversa. Viene scelto in modo da non influire sulle comunicazioni dati con le tipiche velocità di trasmissione del sistema mod-bus.

Glow discharge

Solitamente, una sovratensione indotta da un fulmine (a seconda dell’intensità del fulmine, del tipo di accoppiamento che induce la sovratensione e la distanza con l’origine dell’evento), ha un caratteristico tempo di salita che può arrivare a 1-10 kV/us, seguito da un picco di tensione che può variare da 1-100 kV per poi smorzarsi con tempi dell’ordine del ms.

La rapida variazione di tensione nella fase di salita della scarica, “vedrà” un’elevata impedenza ai capi dell’induttore, che quindi impedirà il passaggio di corrente, aumentando il potenziale elettrico ai suoi capi e di conseguenza ai capi dello scaricatore di tensione della linea coinvolta. Superata la tensione di soglia di ionizzazione del gas nello scaricatore, il gas diventa plasma e la resistenza elettrica crolla repentinamente a poche decine di Ohm, chiudendo il circuito tra la linea coinvolta con la messa a terra e deviando così il grosso dell’energia. Con le tipiche correnti di lavoro degli scaricatori, lavorano nella regione dell’arco voltaico e la tensione di mantenimento del plasma è inferiore a quella di attivazione del plasma stesso nello scaricatore e questo evita che la coda finale della scarica (meno intensa ma potenzialmente pericolosa) vada al sensore. Esaurita la scarica, la tensione ai capi dello scaricatore sarà inferiore alla tensione di mantenimento del plasma , ritornando allo stato di gas inerte con un’elevata resistenza elettrica e ripristinando così la linea coinvolta.

Sunmeter - l'attacco corrente

Il Sunmeter è già protetto da inversioni di polarità e sovratensioni, questo non rende inutile la presenza del Blitz-wall ma anzi lo rende complementare. Infatti, la protezione del Sunmeter sfrutta la tecnologia dei varistori che hanno un funzionamento elettrico simile agli scaricatori a gas ma si basano su principi fisici completamente diversi. I varistori intervengono oltre i 30 V e proteggono nei confronti di eventi transitori entro un’energia massima di qualche Joule. Gli scaricatori di Blitz-Wall, si attivano oltre i 60 V e gestiscono energie massime fino a qualche centinaio di Joule.

Quindi arrivata una scarica, il Blitz-wall si assorbe il grosso dell’energia; l’eventuale restante viene assorbito dalle protezioni del Sunmeter.

Blitz-Wall possiede scaricatori GDT secondo il principio di ridondanza. Grazie a ciò Blitz-wall avrà una vita espressa in quantità di cicli superiore a quella del singolo scaricatore. Di seguito, viene riportata in tabella il numero di operazioni che può eseguire ciascun scaricatore GDT impiegato, in funzione dell’intensità della scarica.

Operazioni che ciascun scaricatore a gas può subire

A/B* Tensione Corrente di picco Operazioni
8/20 10kA 1
2/10 us 6kV 12kA 10
8/20 us 6kV 500A 150

* A/B sono i parametri della forma d’onda che caratterizza una sovratensione, A è il fronte di salita in us e B è il tempo di dimezzamento in us.

Info normative

La legislazione in materia di protezioni da sovratensioni per sistemi di telecomunicazione è regolamentata dalla norma IEC 61643-21:2000 + Corrigendum 2001 e EN 61643-21 del luglio 2001, integrata con la EN 61643-21/A2 nel gennaio 2013.

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