Come un impianto fotovoltaico riduce i tempi di inattività delle stringhe del 60% con un portafusibili CC da 1.000 V

Sfondo del cliente

Un impianto fotovoltaico (PV) da 45 MW situato in una regione desertica ad alta quota presentava guasti ricorrenti nei suoi quadri di connessione CC. L'impianto, gestito da un produttore di energia indipendente che serve una rete di servizi pubblici regionale, era in servizio da sei anni. Più di 1.400 circuiti di stringhe alimentati in 28 box combinatori, ciascuno dei quali trasporta fino a 1.000 V CC dai pannelli solari agli inverter centrali.

Il team operativo dell'impianto ha dovuto affrontare una pressione crescente per ridurre i tempi di inattività non programmati poiché l'operatore della rete locale ha introdotto sanzioni più severe sulla disponibilità. Con temperature estive superiori a 45°C, lo stress termico sui componenti CC era grave.

Quali problemi ha dovuto affrontare l'impianto fotovoltaico prima dell'aggiornamento?

I portafusibili originali erano unità generiche classificate solo per 600 V CC. Erano sottodimensionati per la configurazione di stringhe da 1000 V dell'impianto. Nel corso di 18 mesi, il team operativo ha registrato 23 guasti ai portafusibili in 11 quadri elettrici.

I sintomi erano coerenti: i fermagli del portafusibili perdevano la tensione della molla dopo ripetuti cicli termici, creando contatti ad alta resistenza. A 1000 V CC, un collegamento scadente ha causato un riscaldamento localizzato e microarchi. In diversi casi, il portafusibile si è fuso e la scatola del combinatore ha dovuto essere messa fuori servizio per una riparazione di emergenza. Ogni incidente è costato in media 4.800 dollari in perdita di produzione di energia, parti di ricambio e manodopera.

I precedenti tentativi di serrare nuovamente le clip e applicare grasso conduttivo non hanno risolto il problema. Dopo una seconda fusione, il direttore dell'impianto ha ordinato una revisione completa delle specifiche del portafusibili.

Perché l'operatore ha scelto il portafusibili Soutya DC 1000V?

Il team di ingegneri ha valutato tre alternative. Il primo era un portafusibili standard su guida DIN valutato per 1000 V CC, ma i suoi fermagli erano realizzati in una lega di rame di qualità inferiore che si sarebbe comunque corrosa nell'aria salata del deserto. La seconda opzione era una soluzione proprietaria che richiedeva la sostituzione dell'intero quadro combinatore, superando il budget di manutenzione.

La terza opzione era il portafusibile Soutya DC 1000V. Tre fattori sono stati decisivi:

• Valore nominale esplicito di 1.000 V CC con una capacità di interruzione testata che corrisponde alla corrente di cortocircuito della stringa FV in condizioni IEC 60269-1.
• Clip a molla elicoidali in acciaio inossidabile e rame stagnato, progettate per mantenere la pressione di contatto in un intervallo di temperature più ampio.
• Un corpo compatto che si adatta al layout della scatola combinatrice esistente senza ricablare. Ciò ha ridotto il rischio di installazione e mantenuto bassi i costi di manodopera.

Il portafusibili Soutya era inoltre dotato di un alloggiamento in nylon opaco che resisteva alla degradazione ultravioletta, un problema che aveva causato crepe fragili nelle vecchie unità. Il responsabile degli approvvigionamenti ha confermato che Soutya ha fornito una garanzia di tre anni basata sui dati effettivi di tensione CC e corrente dell'impianto.

Come è stato utilizzato il nuovo portafusibili?

L'aggiornamento è stato suddiviso in quattro settimane, durante la finestra di manutenzione dell'impianto di fine inverno. Il team operativo ha sostituito 520 portafusibili in più fasi, una scatola combinatrice alla volta, per evitare arresti estesi del sistema.

• Fase 1: il personale di manutenzione dell'impianto ha diseccitato un quadro combinato e ha verificato la tensione zero sui terminali della stringa.
• Passaggio 2: ogni portafusibile esistente è stato rimosso. I tecnici hanno documentato la coppia sulle viti dei terminali e hanno controllato i fermagli dei fusibili per individuare eventuali segni di arco.
• Passo 3: I nuovi portafusibili Soutya DC 1000 V sono stati montati utilizzando la guida DIN e le morsettiere esistenti. La forza di inserimento del fusibile era notevolmente più elevata, il che riduceva la probabilità di disallineamento.
• Passaggio 4: ciascun circuito è stato testato con un tester della resistenza di isolamento CC e un indicatore dello stato del fusibile prima della rieccitazione.
• Fase 5: Il team di manutenzione ha eseguito un'indagine con immagini termiche una settimana dopo il ritorno in servizio di ciascun quadro combinato.

L'unica difficoltà significativa era lo spazio ristretto per piegare i cavi all'interno delle scatole del combinatore. L'orientamento dei terminali del portafusibili Soutya ha reso semplice il passaggio dei cavi FV da 6 mm² senza piegature forzate, quindi il problema è stato risolto nel giro di poche ore.

Quali risultati quantificabili ha ottenuto l'operatore?

Dodici mesi dopo l'aggiornamento, l'operatore ha confrontato i dati prestazionali con quelli di due anni prima della sostituzione.

• I tempi di inattività delle stringhe dovuti a guasti al portafusibili sono diminuiti del 60%, da una media di 14 ore al mese a 5,5 ore.
• Il costo di sostituzione del portafusibili è diminuito del 45%, da 2.800 dollari a trimestre a 1.540 dollari. Ciò includeva parti, manodopera e tempo di ispezione termica.
• Gli eventi non pianificati di servizio del combiner-box sono diminuiti da 8 a 2 all'anno. Nessun portafusibile ha riportato archi elettrici o fusione durante l'operazione
• L'aumento medio della temperatura sui punti di contatto del portafusibile è diminuito di 18°C, misurato con una termocamera a infrarossi.

Il direttore dell'impianto ha inoltre osservato che negli ultimi tre rapporti mensili di liquidazione la penalità di disponibilità da parte del gestore della rete è stata ridotta a zero. In un mercato in difficoltà, questo miglioramento da solo giustificava l’investimento hardware di 11.000 dollari.

Testimonianza del cliente: cosa ha detto il direttore della manutenzione?

"Abbiamo perso fiducia nei portafusibili originali dopo la seconda fusione. Il portafusibili DC 1000 V di Soutya ci ha fornito una connessione affidabile che possiamo prevedere. I risultati delle immagini termiche sono chiari e il mio team può concentrarsi sulla pulizia e sui controlli della coppia invece che sulle sostituzioni di emergenza", ha affermato il direttore della manutenzione dell'impianto.

Lezioni e raccomandazioni per altri operatori di sistemi di alimentazione CC

Per i team operativi che gestiscono circuiti da 1.000 V CC in impianti solari, sistemi di stoccaggio o reti CC industriali, il progetto ha offerto tre suggerimenti pratici.

1. Verificare sempre la tensione CC effettiva e la corrente di guasto del circuito prima di selezionare un portafusibile. Un supporto da 600 V in un sistema da 1000 V rappresenta un pericolo, indipendentemente da quanto bene si adatti meccanicamente.
2. Controllare il materiale della clip del fusibile e il design della molla. Una pressione di contatto di alta qualità è la difesa più importante contro il surriscaldamento a tensioni CC elevate.
3. Quando si aggiornano le scatole di connessione esistenti, scegliere un portafusibili che si monta sulla guida esistente e non richiede la sostituzione delle morsettiere. Il portafusibili Soutya ha funzionato esattamente secondo le specifiche e il progetto è stato completato prima del previsto.

Se l'impianto dovesse ripetere questa operazione, l'unico miglioramento sarebbe sostituire i portafusibili prima, durante la prima messa in servizio dell'apparecchiatura. Il costo della prevenzione è stato pari a un terzo del costo delle prime due riparazioni di emergenza.

Riferimenti

[1] CEI EN 60269-1. Fusibili di bassa tensione - Parte 1: Requisiti generali [S]. 2020.https://webstore.iec.ch/publication/62496

[2] Caratteristiche di invecchiamento degli elettrodi di contatto degli interruttori CC a bassa tensione [J]. Energie, 2021, 14(20): 6838.https://doi.org/10.3390/it14206838