Spezifischer Schutz von Prosumer-Elektroinstallationen (PEI)
Wenn in einer elektrischen Anlage lokale Energieerzeugungsquellen enthalten sind, müssen einige spezifische Punkte in Bezug auf die Schutzeinrichtungen berücksichtigt werden, insbesondere die unten beschriebenen.
Schutz gegen elektrischen Schlag in inselfähiger PEI
Wie bereits erwähnt, hängen Schutzmaßnahmen gegen elektrischen Schlag in einer netzgekoppelten Anlage vom Anschluss an das Verteilnetz ab. Soll eine Anlage getrennt vom Netz verwendet werden (inselfähige PEI), so sind zusätzliche Maßnahmen zu ergreifen, um einen sicheren Betrieb in dieser Betriebsart zu gewährleisten.
- Auswahl eines Systems nach Art der Erdverbindung für den Inselbetrieb
- Anpassung und Überprüfung der Wirksamkeit der automatischen Abschaltung der Versorgungsschutzmaßnahme, insbesondere bei geringem Erdschlussstrom im Vergleich zum netzgekoppelten Betrieb.
IEC 60364-8-82:2022 führt die Möglichkeit ein, ein Schaltgerät in der Verbindung zwischen Neutralleiter und Erdungsanschluss einzuführen: Schaltgerät für den systemreferenzierenden Leiter.
Hinweis: Der Leiter, der ein NS-Stromversorgungssystem mit Erde verbindet (normalerweise der Neutralleiter im 3-Phasen-Wechselstromsystem), wurde je nach Art der Erdverbindung in IEC 60364-1 nicht ausdrücklich beschrieben und standardmäßig als PE oder PEN betrachtet. Dieser Leiter ist nun als "System Referencing Conductor (SRC)" definiert und kann mit einem Schaltgerät versehen werden, was bei einem PE nicht möglich ist.
IEC 60364-8-82 Tabelle 1 beschreibt mögliche Arten der Erdverbindung für nicht galvanisch getrennte PEI.
| AC-Systemerdung im netzgekoppelten Modus | Erdung des AC-Systems im Inselmodus | Inselmodus möglich J/N | Notwendigkeit eines Schaltgeräts für systemreferenzierenden Leiter |
|---|---|---|---|
| TT | TT | Y | Y |
| TN-S | Y | Y | |
| IT | Y | N - müssen die Isolationsüberwachung starten oder den künstlichen Sternpunkt einschalten | |
| TN-S | TT | Y | Y |
| TN-S | Y | Y - außer bei Schutz-Neutralleiter-Verbindung auf der Lastseite | |
| IT | Y | N - müssen die Isolationsüberwachung starten oder den künstlichen Sternpunkt einschalten | |
| TN-C-S | TT | N | |
| TN-S | Y | Y | |
| TN-C-S | Y | N - lokale Erdungselektrode erforderlich | |
| IT | N | ||
| TN-C | TT | N | |
| TN | N | ||
| IT | N | ||
| IT | TT | Y | Y |
| TN-S | Y | Y | |
| IT | Y | N |
- * Diese Tabelle befasst sich mit AC 3-Leitungen + Neutralleitersystem.
In den folgenden Abschnitten finden Sie einige Beispiele und Anleitungen zu verschiedenen Möglichkeiten zur Implementierung einer inselfähigen PEI.
- Wenn die inselfähige PEI an ein NS-Verteilnetz angeschlossen ist, ist die Flexibilität geringer, da die Art der Erdverbindung für den netzgekoppelten Modus definiert ist.
- Wenn die inselfähige PEI über einen Eigenen MS/NS-Transformator an das Verteilnetz angeschlossen ist, kann eine einfache Lösung implementiert werden.
Schutz durch automatische Trennung der Versorgung in inselfähiger PEI ohne galvanische Trennung vom Verteilnetz
Die einfachste Möglichkeit, eine lokale Schutz-Neutralleiter-Verbindung für Prosumer zu erstellen, die von NS-Versorgungsunternehmen in TN-S oder TT versorgt wird, besteht darin, eine 3P+N-SDFI (oder P+N für einphasige Installation) in Kombination mit einem einpoligen Schaltgerät für systemreferenzierende Leiter hinzuzufügen, wie in der folgenden Abbildung gezeigt:
|
[a] Lokale PV-Quelle |
In einigen Situationen kann es relevant sein, einen separaten NS/NS-Transformator zusammen mit einer 3-Phasen-Quelle ohne Neutralleiter zu verwenden. Dieser NS/NS-Transformator wird verwendet, um einen lokalen künstlichen Sternpunkt zu erzeugen und unsymmetrische Lasten auszugleichen.
|
[a] Lokale PV-Quelle |
Vorteile: :
- Permanente Schutz-Neutralleiter-Verbindung auf NS/NS-Trafoebene
- Standardmäßige 4P/4P- und 3P/3P-Transferschaltgeräte
- Transformatorloses ESS.
- Möglichkeit, einen Transformator für mehrere ESS zu haben
- Keine Neutralleiter-Verbindung zwischen lokalen Quellen und Verteilnetz, wenn das Netz angeschlossen ist. Einige nationale Vorschriften verbieten den Anschluss von 3P+N-Quellen an das NS-Verteilnetz, siehe z. B. NFC 15-400.
Diese Architektur kann sogar durch die Verwendung eines künstlichen Sternpunktes anstelle eines NS/NS-Transformators optimiert werden:
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[a] Lokale PV-Quelle |
Vorteile::
- Permanente Schutz-Neutralleiter-Verbindung auf künstlicher Sternpunktebene
- Standardmäßige 4P/4P-Transferschaltgeräte
- ESS mit 3 Außenleitern ohne Neutralleiter
- Erdschlussstrom unabhängig von der Anzahl der angeschlossenen lokalen Quellen
- Keine Neutralleiter-Verbindung zwischen lokalen Quellen und Verteilnetz, wenn das Netz angeschlossen ist. Einige nationale Vorschriften verbieten den Anschluss von 3P+N-Quellen an das NS-Verteilnetz, siehe z. B. NFC 15-400
Der künstliche Sternpunkt sorgt für den Ausgleich bei unsymmetrischer Last. Er ist entsprechend zu dimensionieren.
Ein solches System nach IEC 60364-4-41 ist ein "IT"-System, aber die Schutzmaßnahme gegen elektrischen Schlag kann dank des FI-Schutzes immer noch beim ersten Fehler getrennt werden.
Schutz durch automatische Trennung der Versorgung in inselfähiger PEI mit galvanischer Trennung vom Verteilnetz
Wenn die Prosumer-Installation über einen MS/NS-Transformator mit dem Verteilnetz verbunden ist, kann der Transformator-Sternpunkt wie bei einer klassischen Installation geerdet werden. Die im vorherigen Absatz beschriebene Lösung kann angewendet werden.
Alternativ kann eine einzelne permanente Schutz-Neutralleiter-Verbindung auf Schaltanlagenebene (und in diesem Fall nicht auf der Transformatorseite des SDFI (2) hergestellt werden, und SDFI muss alle aktiven Leiter einschließlich des Neutralleiters wie folgt trennen:
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[a] Lokale PV-Quelle |
Vorteile:
- Einfachheit
- Eindeutig gekennzeichneter und leicht zu kontrollierender Anschlusspunkt des Systems an die Erde
- Kein Schaltgerät für Systemreferenzleiter erforderlich
- Keine Neutralleiter-Verbindung zwischen lokalen Erzeugungsquellen und dem Verteilnetz bei Netzanschluss. Einige nationale Vorschriften verbieten den Anschluss von 3P+N-Quellen an das NS-Verteilnetz, siehe z. B. NFC 15-400
Nachteil:
- Im Inselbetrieb befindet sich die Sekundärwicklung des MS/NS-Transformators im "IT"-System. Wenn eine solche Betriebsart mit dem MS/NS-Transformator über einen längeren Zeitraum zu erwarten ist, kann ein IMD auf der Transformatorseite eingeschaltet werden.
Position des Überstromschutzes für die Photovoltaik-Anlage
Um elektrische Störungen an der Photovoltaik-Anlage zu beheben, muss eine Überstromschutzeinrichtung an der Stelle eingebaut werden, an der die Photovoltaik-Anlage an die Elektroinstallation des Gebäudes angeschlossen ist. Es ist wichtig, die Überstromschutz genau an dieser Stelle einzubauen, um ein Auslösen des Hauptleistungsschalters im Falle eines Fehlers in der Photovoltaik-Einspeisung zu vermeiden.
Um sicherzustellen, dass die Elektroinstallation ordnungsgemäß funktioniert, sollte dieser Überstromschutz mit dem Hauptleistungsschalter abgestimmt werden, um die Selektivität zu gewährleisten.
Diese Selektivität ist möglicherweise nicht so einfach zu erreichen, insbesondere wenn die photovoltaische Erzeugungskapazität gleich oder höher als die installierte Leistung im Gebäude ist. In diesem Fall hat der Leistungsschalter an der Photovoltaik-Einspeisung die gleiche oder eine höhere Nennleistung als der Hauptleistungsschalter. Um die Selektivität zwischen den beiden Leistungsschaltern zu gewährleisten, sind daher folgende Optionen möglich:
- Überdimensionierung des Hauptleistungsschalters
- die Photovoltaik-Anlage in kleinere Systeme aufteilen oder
- Berücksichtigung der Zeitselektivität für Anwendungen mit mehr als 630 Ampere
Trennen und Schalten der Photovoltaik-Anlage
Wie im vorherigen Absatz beschrieben, muss sich eine AC-Trennvorrichtung an der Schaltanlage der örtlichen Erzeugungsquellen befinden, um die Photovoltaik-Anlage während der Wartung vom Rest der elektrischen Installation zu trennen. Darüber hinaus muss eine Trennfunktion für die Photovoltaik-Wechselrichter durch Trenneinrichtungen sowohl auf der AC- als auch auf der DC-Seite vorgesehen sein.
Position des Überstromschutzes für Energiespeichersysteme
Für Energiespeichersysteme (ESS) gelten die gleichen Regeln wie für Photovoltaik-Wechselrichter. Zusätzlich ist eine Überstromschutzeinrichtung zwischen Batterien und Wechselrichter erforderlich.
Trennung und Umschaltung für Energiespeichersysteme
Für Energiespeichersysteme (ESS) gelten die gleichen Regeln wie für Photovoltaik-Wechselrichter.
