Einsatz von RCDs in elektrischen Anlagen mit einem PV-Stromversorgungssystem

Einsatz von RCDs in elektrischen Anlagen mit einem PV- Stromversorgungssystem Die beiden nachfolgenden Anforderungen sind dem Abschnitt 712.413.1.1.1.2 der VDE 0100 Teil 712 (Errichten von Niederspannungsanlagen –Teil 7-712: Anforderungen für Betriebsstätten, Räume und Anlagen besonderer Art – Solar-Photovoltaik-(PV)-Stromversorgungssysteme) entnommen 1. „Wo eine elektrische Anlage ein PV-Stromversorgungssystem enthält, das nicht mindestens einfache Trennung zwischen der Wechsel- und der Gleichspannungsseite vorsieht, muss eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD), die für den Fehlerschutz durch automatische Abschaltung der Stromversorgung vorgesehen ist, vom Typ B nach IEC 60755, Änderung 2 sein.“ „ANMERKUNG: vergleichbar mit IEC 60775, Änderung 2 ist: VDE 0664-100“ 2. „Wenn der PV-Wechselrichter konstruktiv so ausgeführt ist, dass Gleichfehlerströme in der elektrischen Anlage nicht auftreten können, ist eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD) vom Typ B nach IEC 60755 nicht gefordert.“ Was wollen uns diese beiden zunächst unverständlich erscheinenden Sätze nun sagen? Immer wieder herrscht Unklarheit darüber, ob eine RCD eingesetzt werden muss und welche Charakteristik (Typ A, Typ B) diese haben muss. Um die beiden obigen Anforderungen besser zu interpretieren, sind nachfolgend auszugsweise die Abschnitte 411.4.5 und 411.5.2 aus VDE 0100-410 sowie Abschnitt 531.3.2 aus VDE 0100-530 aufgeführt: • „In TN-Systemen dürfen die folgenden Schutzeinrichtungen für den Fehlerschutz (Schutz bei indirektem Berühren) verwendet werden: Überstrom- Schutzeinrichtungen, Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCDs).“ • „In TT-Systemen sind im Allgemeinen Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen für den Fehlerschutz (Schutz bei indirektem Berühren) zu verwenden.“ „Überstrom-Schutzeinrichtungen sind für den Fehlerschutz im TT-System nur anwendbar, wenn der Widerstand der Fehlerschleife einschließlich dem des Anlagenerders so klein ist, dass im Fehlerfall eine Auslösung der Überstrom- Schutzeinrichtung unter Einhaltung der geforderten Abschaltzeiten gewährleistet ist. Alternativ kann der Schutz durch Abschaltung durch eine Fehlerstrom- Schutzeinrichtung (RCD) nach 531.3 erreicht werden.“ Zu Anforderung 1: Somit ist nicht immer eine RCD für den Fehlerschutz in einer elektrischen Anlage mit einem PV-Stromversorgungssystem erforderlich. Wenn beispielsweise ein TN- System vorliegt und die Abschaltbedingungen mit Überstrom-Schutzeinrichtungen erreicht werden (siehe hierzu auch VDE 0100-410, Tabelle 41.1 Maximale Abschaltzeiten), dann ist keine RCD „für den Fehlerschutz durch automatische Abschaltung der Stromversorgung“ vorgesehen. Quelle: www.voltimum.de

Anders hingegen sieht es im TT-System aus, wo die Abschaltbedingungen mit Überstrom-Schutzeinrichtungen i. d. R. nicht eingehalten werden. Hier muss eine RCD „für den Fehlerschutz durch automatische Abschaltung der Stromversorgung“ vorgesehen werden. Nun kommt es noch darauf an, welcher Wechselrichtertyp vorhanden ist. Wird ein Wechselrichter mit Transformator verwendet, dann ist eine „einfache Trennung zwischen der Wechsel- und der Gleichspannungsseite“ gegeben. In diesem Fall ist eine RCD vom Typ A ausreichend. Wenn jedoch ein Wechselrichter ohne Transformator verwendet wird, dann ist keine „einfache Trennung zwischen der Wechsel- und der Gleichspannungsseite“ gegeben. In diesem Fall ist eine RCD vom Typ B zu verwenden. Zu Anforderung 2: Werden nun die Abschaltbedingungen mit Überstrom-Schutzeinrichtungen nicht eingehalten (z. B. in einem TT-System) und es wird ein Wechselrichter ohne Transformator verwendet, dann darf eine RCD vom Typ A nur dann verwendet werden, wenn der Wechselrichter konstruktiv so ausgeführt ist, dass Gleichfehlerströme in der elektrischen Anlage nicht auftreten können. Das bedeutet jedoch, dass der Einsatz einer RCD vom Typ A nur zulässig ist, wenn bezüglich aller denkbaren Fehler auf der DC-Seite (z. B. Fehler am PV-Generator, im Wechselrichter selbst sowie in der Kabel- und Leitungsanlage) sichergestellt ist, dass aufgrund dieses Fehlers kein glatter Gleichfehlerstrom 6 mA auf der AC-Seite des PV-Stromversorgungssystems fließen kann! Nach dem derzeitigen Kenntnisstand ist dieses jedoch wohl nur möglich, wenn der Wechselrichter eine galvanische Trennung (Transformator) zwischen der AC- und DC-Seite aufweist. Auch die Aussage einiger Wechselrichterhersteller, dass bei Verwendung ihrer transformatorlosen Wechselrichter im Fehlerfall keine glatten Gleichfehlerströme in der elektrischen Anlage auftreten können und dadurch aus Kostengründen eine RCD vom Typ A für den Fehlerschutz ausreichend sei, muss hier in Frage gestellt werden. Messungen an PV-Stromversorgungssystemen mit transformatorlosen Wechselrichtern unterschiedlicher Schaltungstechnologien haben gezeigt, dass bei Fehlern auf der DC-Seite durchaus Fehlerströme mit hohem Gleichanteil ( 6 mA) in der gesamten elektrischen Anlage auftreten. Die Höhe dieses Anteils wird bestimmt durch die PV-Generatorspannung sowie durch die Höhe des Fehler- und Schleifenwiderstandes. Die galvanische Kopplung zwischen der DC- und der AC- Seite, die einen Gleichfehlerstromfluss in der gesamten PV-Anlage erst ermöglicht, wird durch den transformatorlosen Wechselrichter hergestellt. Diese Fehlerströme können zu einer Vormagnetisierung des Summenstromwandlers einer RCD vom Typ A führen und diese in ihrer Funktion erheblich beeinträchtigen. Eine in einem Wechselrichter zur Überwachung der DC-Seite möglicherweise integrierte Fehlerstrom-Überwachungseinheit (Residual Current Monitoring Unit - RCMU) gemäß VDE V 0126-1-1 ist kein Ersatz für eine RCD , die gemäß VDE 0100 – 712 ggf. für den Fehlerschutz (z. B. im TT-System) auf der AC-Seite gefordert ist. Eine RCMU bietet zudem keinen „zusätzlichen Schutz“ gemäß VDE 0100 – 410. Sie dient jedoch zur Schutzpegelerhöhung, wenn die auf der DC-Seite geforderte Schutzmaßnahme „Doppelte oder verstärkte Isolierung“ versagt. Hierzu ist auch die Verlautbarung des UK 221.1 vom 28.04.2011 auf der Homepage der DKE zu Quelle: www.voltimum.de

beachten. Weitere Richtlinien, die bezüglich des Einsatzes einer RCD in elektrischen Anlagen mit PV-Stromversorgungssystemen beachtet werden müssen: • Um die Abschaltbedingungen mit Überstrom-Schutzeinrichtungen im Erdkurzschlussfall einzuhalten, muss der Kurzschlussstrom ausreichend hoch sein. Bei Erzeugungsanlagen mit Wechselrichtern kann diese Bedingung ggf. nicht erfüllt werden. Daher kann auch in einem TN-System der Einsatz einer RCD erforderlich sein (siehe VDE-AR-N 4105, Anhang A, Abschnitt A.8 Schutzeinrichtungen für den Kuppelschalter). • In bestimmten elektrischen Anlagen ist unabhängig vom Versorgungssystem eine RCD erforderlich (z. B. in landwirtschaftlichen Betriebsstätten gemäß VDE 0100-705, Abschnitt 705.411.1). • Eine Risikobewertung insbesondere in Bezug auf den Brandschutz sollte immer durchgeführt werden (VDE 0100-530, Abschnitt 532.1). • Der technische Leitfaden VdS 3145 „Photovoltaikanlagen“ empfiehlt aus Brandschutzgründen gemäß Abschnitt 4.4.4.3 vorsorglich den Einsatz einer RCD. • Einige regionale Netzbetreiber sehen den Einsatz einer RCD für den Fehlerschutz unabhängig vom Versorgungssystem vor. Gemäß VDE 0100-410 (Abschnitt 411.3.3) sind RCDs für den zusätzlichen Schutz (mit IΔn ≤ 30 mA) zu verwenden, wenn Abgänge mit Steckdosen vorhanden sind (gilt auch für Endstromkreise im Außenbereich). Unabhängig vom Versorgungssystem (TN, TT) des Niederspannungsnetzes: Gemäß VDE V 0126-1-1 (Abschnitt 4.7.1) muss für den Personenschutz auf der DC-Seite eine RCD mit einem Bemessungsfehlerstrom ≤ 30mA auf der AC-Seite vorgesehen werden, wenn ein transformatorloser Wechselrichter keine RCMU enthält (mögliche hohe Ableitströme sind jedoch zu beachten). Bei Verbraucherabzweig mit Steckdosen (Laienbereich, Außenbereich): IΔn ≤ 30 mA oder zusätzliche RCD im Verbraucherzweig mit IΔn ≤ 30 mA (siehe VDE 0100- 410, Abschnitt 411.3.3). Quelle: www.voltimum.de

Anmerkung: Anstelle einer RCD vom Typ B kann auch eine RCD vom Typ B+ verwendet werden Blockschaltbild einer PV-Anlage... ...und die von der Wechselrichtertopologie abhängigen Fehlerstromkurvenformen. Beispiel einer elektrischen Anlage mit einem PV-Stromversorgungssystem Quelle: www.voltimum.de