I dispositivi di protezione da sovratensione (Surge Protective Device) impediscono alle sovratensioni impulsive indotte sul campo fotovoltaico, sulla rete di terra, condotte dalle rete di alimentazione AC o linee di segnale, di danneggiare gli apparecchi elettronici.
La gamma di limitatori di sovratensione Cabur è formata da cartucce a varistore e cartucce a gas, per la protezione su impianti monofase, trifase e linee DC a 600V o 1000V.

Dove e come devono essere impiegati gli SPD

In caso di sovratensione transitoria il solo modo per proteggere gli apparecchi è limitare la differenza di potenziale tra i diversi conduttori che entrano/escono dall’apparecchio; per questa ragione in impianti FV le protezioni da sovratensioni devono essere installate sempre sia sul lato DC che sul lato AC, in modo da garantire l’equipotenzialità tra tutti i conduttori del sistema, sia nel caso che la sovratensione arrivi dal campo FV sia che arrivi dalla rete AC o da terra.
In caso di sovratensione sul campo FV, gli SPD lato DC creano un corto istantaneo tra i conduttori positivo, negativo e terra, mettendoli in equipotenzialità transitoria, quindi tre conduttori del lato DC dell’inverter saliranno a migliaia di V; ma, poiché gli SPD limitano la differenza di potenziale tra i tre conduttori stessi entro 4kV, non si avranno guasti sul lato DC dell’inverter, la cui tenuta a sovratensione impulsiva deve essere maggiore di 4kV. Ciò è insufficiente a proteggere l’inverter dal guasto, perchè se i tre conduttori del lato DC salgono per es. a 10kV e sul lato AC non ci sono SPD in grado di creare equipotenzialità transitoria con il lato DC, il lato DC salito a 10kV di tensione “vedrà” i 230-400 Vac dell’uscita dell’inverter come un potenziale inferiore verso cui scaricarsi attraverso gli isolamenti e/o i componenti dell’inverter distruggendoli, e lo stesso accadrà se la sovratensione arriverà dal lato AC.
Il concetto di equipotenzialità implica l’uso di SPD su tutti i conduttori che entrano ed escono dall’inverter, perché solo limitando la differenza di potenziale tra lato DC, lato AC e terra entro le rispettive tenute degli isolamenti, ovvero entro i livelli di tenuta a impulso dell’apparecchio, si eviteranno scariche distruttive attraverso gli isolamenti o nei componenti.

Impiego sicuro degli SPD fino 1.000Vdc

Il varistore che costituisce l’elemento attivo del SPD è un componente che sopporta un pur sempre limitato numero di scariche e può andare in corto circuito se è sottoposto a una scarica che eccede la sua Isc max, oppure per avere sopportato molte scariche inferiori alla Isc max, che lo hanno deteriorato portandolo a fine vita. In questa condizione la sua resistenza, che normalmente è decine di MΩ, si riduce a poche centinaia/decine di Ω, il varistore si surriscalda per il passaggio di corrente tra linea e terra e può incendiarsi.
La norma sugli SPD Classe di prova II obbliga a dotarli di dispositivo in grado di scollegarli dalla linea a fine vita.
Il dispositivo è costituito da un contatto in serie sul lato linea i cui terminali sono saldati a stagno, uno dei quali è caricato da una molla. Quando il varistore surriscaldato supera la temperatura di fusione dello stagno, il conduttore caricato dalla molla si stacca aprendo il contatto e scollega il varistore dalla linea evitando danni. Negli SPD attuali, nati per uso in AC, nei quali il dispositivo di sezionamento è in grado spegnere, durante il passaggio per lo zero della corrente AC, l’arco conseguente all’apertura del varistore guasto attraverso cui passa la corrente di corto L/terra.
In impianti FV le condizioni diverse aggravano il compito del dispositivo di autosezionamento degli SPD: tensioni DC da 500 a 1000V e nessun passaggio della tensione/corrente per lo zero rendono più difficile l’interruzione dell’arco tra i contatti in apertura, perché le distanze in aria e superficiali, progettate per AC, sono insufficienti a garantire il potere di interruzione dell’arco in DC. Il problema si risolve impiegando tre varistori con schema a “Y”. Con lo schema a Y la scarica si suddivide su tre varistori invece che due dello schema classico, ed è molto meno probabile il guasto di uno di essi; comunque, in caso di corto a uno dei varistori, nel circuito tra Linea e terra, passata la sovratensione, il secondo varistore integro torna a MΩ di resistenza tagliando la corrente nel contatto del varistore guasto.
Cabur sconsiglia l’uso di scaricatori a gas collegati a terra sul lato DC, perché, se da un lato assicurano isolamento verso terra, in caso di corto o semi corto a un variatore, lo scaricatore a gas resterebbe innescato dalla tensione DC, quindi attraverso il varistore passerebbe la Isc di stringa e potrebbe incendiarsi.