Arten von Prosumer-Elektroinstallationen gemäß IEC 60364-8-82 (E VDE0100-802)
IEC 60364-8-82:2022 (E VDE0100-802) definiert die elektrische Installation (PEI) des Prosumers als:
- Niederspannungs-Elektroinstallation, die an ein betriebsfähiges Verteilnetz angeschlossen ist oder nicht:
- mit lokaler Stromversorgung und/oder
- mit lokalen Speichereinheiten,
- und die, die Energie aus den angeschlossenen Erzeugungs-Quellen überwacht, steuert und sie liefert:
- stromverbrauchende Geräte und/oder
- lokale Speichereinheiten und/oder
- Verteilnetze
IEC 60364-8-82:2022 (E VDE0100-802) definiert 3 Arten von Prosumer-Elektroinstallationen (PEI)
- Eigenständige PEI
- Netzgekoppelte PEI
- Inselfähige PEI
Hinweis: IEC 60364-8-82 ist die neue Normnummer seit ihrer Ausgabe 2022. Die erste Ausgabe (2018) war IEC 60364-8-2 (VDE 0100-802 2021-10).
Eigenständige PEI
Eine eigenständige PEI ist eine PEI, die dauerhaft nicht an ein Verteilnetz angeschlossen ist (IEC 60364-8-82:2022, 82.3.15).
Es gibt keine neuen spezifischen Anforderungen für eine solche Installation, die seit langem bestehen (typischerweise Gebäude weit entfernt von jedem Verteilnetz in einem abgelegenen Gebiet wie einer Berghütte).
Bei einer eigenständigen PEI müssen Spannung und Frequenz von einer netzbildenden Quelle (z. B. einem rotierenden Generator oder einem netzbildenden Umrichter) eingestellt werden.
Netzgekoppelte PEI
Eine netzgekoppelte PEI ist eine PEI, die nur für den Betrieb bestimmt ist, wenn sie an ein Verteilnetz angeschlossen ist (IEC 60364-8-82:2022, 82.3.14).
Schutzmaßnahmen gegen elektrischen Schlag innerhalb der Anlage hängen vom Anschluss an das Verteilnetz ab. Die Bedienung und Steuerung können, recht einfach sein. Dennoch benötigt eine netzgekoppelte PEI ein elektrisches Energiemanagementsystem (EEMS), um das ordnungsgemäße Funktionieren der Anlage und das Erreichen der Energieeffizienzziele zu gewährleisten (wenn eine lokale erneuerbare Quelle wie die PV-Erzeugung nicht richtig funktioniert, wird die Anlage immer noch vom Verteilnetz versorgt. Ohne EEMS wird der Verlust der erneuerbaren Quelle nicht erkannt, was sich auf die Ziele zur Dekarbonisierung auswirken kann).
Die Interaktion mit dem Verteilnetz wird durch regionale, nationale oder lokale Netzbedingungen festgelegt.
Bei Netzausfall oder wenn Spannung, Frequenz oder andere Netzqualitätswerte außerhalb der vom Verteilernetzbetreiber festgelegten Toleranzen liegen, darf keine lokale Stromversorgung an das Verteilnetz oder an die Anlage angeschlossen bleiben. Obwohl dies auf den ersten Blick kontraintuitiv erscheinen mag, geht es um ein ernstes Sicherheitsproblem. Im Falle eines Versorgungsausfalls müssen Anlagen mit lokaler Erzeugung garantieren, dass sie keinen Strom in das Netz einspeisen, um die Sicherheit der Versorgungsmitarbeiter zu gewährleisten. Wenn die Prosumer-Anlage nicht für den Betrieb ohne Netzeinspeisung ausgelegt ist, sind auch die Schutzmaßnahmen gegen Stromschläge innerhalb der elektrischen Anlage möglicherweise nicht mehr wirksam.
sind lokale Quellen [b]
schnell abzutrennen [c]
Inselfähige PEI
Eine inselfähige PEI ist eine PEI, die entweder an ein Verteilnetz angeschlossen oder vom Verteilnetz getrennt betrieben werden soll: Eine inselfähige PEI befindet sich in einem gekoppelten Betrieb oder einem absichtlich getrennten Betrieb. (IEC 60364-8-82:2022, 82.3.16)
Bei einer inselfähigen PEI im Inselbetrieb, müssen Spannung und Frequenz durch eine "netzbildende" Quelle (z. B. einen rotierenden Generator oder einen netzbildenden Wandler) eingestellt werden. Andere “Netz-Folgende”-Quellen können parallel hinzugefügt werden.
Photovoltaik-Anlagen können den eigenständigen Betrieb der elektrischen Anlage im netzunabhängigen Betrieb nicht gewährleisten, da die erzeugte Solarenergie volatil, vorhersehbar, aber nicht planbar ist und nur begrenzte Steuerungsmöglichkeiten hat. Um einen Inselbetrieb zu gewährleisten, müssen Photovoltaik-Anlagen mit einer anderen wichtigen und stabilen Quelle wie Energiespeichern oder einem Generator verbunden sein.
Der Betrieb einer solchen elektrischen Anlage sowohl im netzgekoppelten als auch im Inselbetrieb ist komplexer und erfordert ein spezifisches Elektroinstallationsdesign, ein zusätzliches Steuerungssystem und einen wirksamen Schutzplan für jede Betriebsart. Siehe Berechnungsregeln bei der Integration von Photo Voltaik (PV) und Energie-Speicher.
Eine solche PEI muss über eine "Schaltvorrichtung für die Inselbildung" (SDFI) gemäß IEC 60364-8-82:2020, 82.6.3.4.3 an das Verteilnetz angeschlossen werden.
Der Inselmodus kann gestartet werden
- automatisch bei Netzausfall und/oder
- absichtlich auf Wunsch des Gebäudebetreibers
Die SDFI-Öffnung leitet den Inselbetrieb ein, was für das AC-System bedeutet:
- Erstellen Sie bei Bedarf eine lokale Neutral-Erde-Verbindung.
- Ändern Sie den Steuerungsmodus einer "netzbildenden" Quelle, um die Spannungs- und Frequenzregelung zu starten.
- Verwalten Sie Lasten entsprechend der lokalen Produktions- und Speicherkapazität
Während des Inselbetriebs ist das Schließen dieses SDFI nicht möglich, es sei denn, die Spannungen von PEI und Verteilnetz sind synchronisiert.
Die Rückkehr in den netzgekoppelten Modus kann ohne Stromunterbrechung mit Synchronisierung des isolierten PEI-Spannungssystems und des Spannungssystems des Verteilnetzes oder bei einem Stromausfall erfolgen (Umschalten lokaler Quellen, Öffnen des lokalen Neutralleiters zur Erde, falls vorhanden, Schließen des SDFI, Neustart der lokalen Quellen im Netzfolgemodus).
Die Rückkehr in den netzgekoppelten Modus kann in einigen Fällen die Genehmigung des Verteilnetzbetreibers erfordern.
| Alle Lasten werden im Inselbetrieb versorgt | mit eingeschränkter Fähigkeit im Inselmodus |
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[a] Verteilnetz bei Ausfall |
[a] Verteilnetz bei Ausfall |
Die Inselfähige PEI muss möglicherweise mit einem Notstromaggregat kombiniert werden.
Der Betrieb von elektronischen Stromrichterquellen wie PV und Batteriespeicher parallel zum Generator erfordert besondere Aufmerksamkeit für die Stabilität des Systems.
| Mit Notstromaggregat nur für Sicherheitsdienste | Mit Generator für die Vollinstallation und möglichem Betrieb ohne Netz und ohne Generator |
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[a] Verteilnetz bei Ausfall |
[a] Verteilnetz bei Ausfall |
Schutz bei Netzausfall (NA-Schutz)
Netzgekoppelte und inselfähige PEI müssen bei "Netzausfall" geschützt sein: Bei Netzausfall oder wenn Spannung, Frequenz oder andere Netzqualitätswerte außerhalb der vom Verteilnetzbetreiber festgelegten Toleranzen liegen, müssen lokale Quellen vom Verteilnetz getrennt werden. Die Erkennung einer solchen Situation wird durch regionale, nationale oder lokale "Netzbedingungen" festgelegt.
Die Erkennung einer solchen Situation basiert in der Regel auf Phasenunterspannungs- und Phasenüberspannungsschutz. und Unterfrequenz- und Überfrequenzschutz. Optional können andere Schutzmaßnahmen erforderlich sein, wie z. B.: Änderungsrate des Frequenzschutzes, Verpolungsschutz.
Die Einstellungen werden in der Regel durch die Spezifikationen des Verteilnetzbetreibers oder die lokalen Vorschriften definiert. Diese Einstellungen sind so definiert, dass sie mehrere Anforderungen erfüllen, insbesondere "LVRT"- und "FRT"-Anforderungen
- Low Voltage Ride Through (LVRT) ist die Fähigkeit lokaler Quellen, für einen kurzen Zeitraum verbunden zu bleiben, wenn die Spannung außerhalb der angegebenen Toleranz liegt.
- Frequency Ride Through (FRT) ist die Fähigkeit lokaler Quellen, für einen kurzen Zeitraum verbunden zu bleiben, wenn die Frequenz außerhalb der angegebenen Toleranz liegt.
Die Selektivität bei Ausfall des Netzschutzes, sollte bei Kurzschluss oder andere vorhersehbare Störungen wie Spannungsfall innerhalb der PEI so weit wie möglich sichergestellt werden.
Dieser "Netzausfall"-Schutz wird vom Verteilnetzbetreiber als " NA-Schutz "- bezeichnet. Die unerwünschte Situation für den Verteilnetzbetreiber besteht darin, dass ein Teil seines Verteilnetzes während eines Netzausfalls von einem Prosumer mit Strom versorgt wird.
Einige nationale Vorschriften (siehe z. B. Schweiz RR/IPE-NR 7 – CH 2020) verlangen eine Redundanz der Abschaltmittel bei Netzausfall.
Diese Redundanz wird entweder gewährleistet durch:
- zwei Schaltgeräte in Reihe, die durch den Ausfall des Netzrelais (oder NA-Schutz) gesteuert werden
- ein Schaltgerät UND alle lokalen Quellen, die durch den Ausfall des Netzrelais (oder NA-Schutz) gesteuert werden
Der Netzausfallschutz (oder NA-Schutz) und die zugehörigen Schaltgeräte müssen unabhängig von der Hauptstromversorgung gesteuert werden, um den Anforderungen der LVRT, wenn die Spannung außerhalb der Toleranzen liegt, standzuhalten. Daher ist eine spezielle Hilfsversorgung mit kurzer Speicherkapazität erforderlich.
