Beispiele für den Einsatz von Überspannungsschutzgeräten

Einsatz von Überspannungsschutzgeräten in einer Energieversorgungsanlage

Abb. J43: Beispiel anhand eines Einkaufzentrums

Lösungen und Schaltplan

• Der Leitfaden für die Auswahl von Überspannungsableitern macht es möglich, den genauen Wert für den Überspannungsableiter am Einspeisepunkt der Anlage und die genaue Zuordnung des Leistungsschalters zu bestimmen.
• Da die empfindlichen Betriebsmittel (U_imp < 1,5 kV) mehr als 30 m vom Schutz an der Einspeisestelle entfernt sind, müssen die Ableiter für den Feinschutz so nah wie möglich bei den Lasten installiert werden.
• Um einen sicheren Weiterbetrieb in Umgebungen mit tiefen Temperaturen zu gewährleisten:
  • Einsatz von allstromsensitiven Fehlerstromschutzschaltern vom Typ „si“, um ein ungewolltes Auslösen aufgrund des Ansteigens des Erdpotenzials aufgrund einer Blitzstossspannung zu verhindern.
• Für den Schutz gegen Blitzeinschlag:
  • Einsatz eines Überspannungsableiters in der Niederspannungs-Hauptverteilung
  • Einsatz von Überspannungsableitern als Feinschutz in jeder Unterverteilung (UV1 und UV2), welche die empfindlichen Lasten versorgen, die in mehr als 30 m Entfernung von den Einspeiseableitern angeordnet sind.
  • Einsatz von Überspannungsableitern im Telekommunikationsnetzwerk zum Schutz der Telefonanlage, Brandmeldeanlage, Drucker usw.

Abb. J44 – Telekommunikationsnetzwerk

Regeln für die Verkabelung

• Sicherstellen des Anschlusses des Potentialausgleiches an den Fundamenterder des Gebäudes.
• Reduzieren der Schleifenbildung der Einspeisekabel.

Einbauvorschriften

• Einbau eines Überspannungsableiters, I_max = 40 kA (8/20 µs) und eines Leitungsschutzschalters iC60 mit einem Nennstrom von 20 A.
• Einbau eines Überspannungsableiters als Feinschutz, I_max = 8 kA (8/20 µs) und eines Leitungsschutzschalters iC60 mit einem Nennstrom von 20 A.

Schutz gegen Überspannungen in Solaranlagen

Wie alle im Außenbereich angeordneten Installationen, sind auch die Solaranlagen im Außenbereich angeordnet und damit dem Risiko eines Blitzeinschlages ausgesetzt. Die Wahrscheinlichkeit ist abhängig vom Aufstellungsort und den Umgebungsbedingungen. Aus diesem Grund sollten vorbeugend Blitzschutz- und Überspannungsableiter eingesetzt werden. (Weitergehende allgemeine Ausführungen siehe Kapitel J)

Schutz durch Potentialausgleich

Die erste Schutzmaßnahme stellt die Verbindung aller leitfähigen Teile der PV-Installation mit dem Potentialausgleich dar, wobei die Verbindungsleitung mit einem ausreichend dimensionierten Querschnitt ausgestattet sein muss. Auf diese Weise soll an allen Punkten der Installation ein gleiches Potential gegen Erde gewährleistet werden.

Der minimale Querschnitt dieses Leiters beträgt:

• 4 mm², wenn kein Blitzableiter vorhanden ist oder wenn ein Blitzableiter zwar vorhanden, allerdings nicht mit der Anlage verbunden ist
• 10 mm², wenn die Anlage mit dem Blitzableiter des Gebäudes verbunden ist (dieser muss über ein Kabel mit einem Durchmesser von 10 mm² erfolgen, wenn der Blitzableiter weniger als 2,5 m von der Anlage entfernt ist)

Schutz durch ein Überspannungsschutzgerät (SPD)

Ein Überspannungsschutzgerät ist dazu bestimmt, empfindliche elektrische Betriebsmittel wie z. B. Wechselrichter, Überwachungsgeräte und Solarmodule und weitere elektrische Betriebsmittel, die an das elektrische Verteilnetz angeschlossen sind, zu schützen. Die folgende Methode einer Risikoanalyse setzt sich zusammen aus der Bewertung der kritischen Länge Lcrtl im Vergleich mit der Gesamtlänge L der DC-Stränge.

Überspannungsschutzgeräte sind erforderlich wenn L < L_crtl ist.

L_crtl ist von der Art der Solaranlage abhängig und wird nach der nachfolgenden Tabelle bestimmt:

Art der Installation	Dachanlagen Wohngebäude	Freiflächenanlagen	Dachanlagen auf kommerziell oder landwirtschaftlichen Gebäuden
Lcrit (in m)	115/Ng	200/Ng	450/Ng
L ≥ Lcrit	Überspannungsschutz Pflicht auf der DC-Seite [2]
L < Lcrit	Überspannungsschutz keine Pflicht auf der DC-Seite[1]

Abb. J44: Kalkulation der kritischen Länge L_crtl

• L ist die Summe von:
  • Die Summe aller Längen zwischen Wechselrichter (n) und der Kabelanschlussbox, wobei berücksichtigt wird, dass Kabel im gleichen Gehäuse nur einmal gezählt werden, und
  • Der Summe aller Längen zwischen Kabelanschlussbox und den Klemmen an den Modulen, welche zum Strang zusammengeschaltet werden, wobei berücksichtigt wird, dass Kabel im gleichen Gehäuse nur einmal gezählt werden
• Ng: Blitzschlagsdichte (Anzahl von Einschlägen/km²/Jahr)

SPD-Schutz
Standort	Solarmodule oder Array Box		Wechselrichter DC-seitig	Wechselrichter AC-seitig		Hauptschaltanlage
	LDC			LAC		Blitzableiter
Merkmale	< 10 m	> 10 m		< 10 m	> 10 m	Ja	Nein
Typ SPD	Nicht benötigt	SPD 1 Typ 2*	SPD 2 Typ 2*	Nicht benötigt	SPD 3 Typ 2*	SPD 4 Typ 1*	SPD 4 Typ 2 wenn Ng >2,5

• Typ 1, wenn der Abstand gem. EN 62305 nicht eingehalten wird

Abb. J45: Typ SPD gemäß Standort

Anordnung von Überspannungsschutzeinrichtungen (SPD)

(siehe Abb. J46)

Die Anzahl und Anordnung von Überspannungsschutzeinrichtungen auf der Gleichstromseite hängt von der Kabellänge zwischen Wechselrichter und Solarmodul ab. Wenn die Länge >10 m ist, muss ein zweites Überspannungsschutzgerät an der Anschlussbox des Solarmoduls eingesetzt werden, das erste am Anschlusspunkt des Wechselrichters.

Um effizient zu sein, müssen sowohl die Kabelverbindungen des Überspannungsschutzes mit dem Gleichstromnetzwerk L+ und L- als auch die Kabelverbindungen zwischen Erdungsklemme der Überspannungsschutzeinrichtung und der Erdungsschiene so kurz wie möglich ausgeführt werden (d1 + d2 < 50 cm).

Abb. J46 – Installation der Überspannungsschutzeinrichtungen