Überspannungsschutz und Potenzial-Ausgleich Auch bei Photovoltaik-Anlagen alles auf einem Potenzial

Will man die Forderung nach einem gemeinsamen Potenzial umsetzen, stellen sich folgende Fragen: – Was gehört in den Potenzial-Ausgleich? – Können \’bauliche\‘ Erder genutzt werden? – Wo müssen Photovoltaik-Anlagen geerdet werden? – Kann ein Blitzschutz als Erdanschluss genutzt werden? – Wie können die Funktionen Potenzial-Ausgleich und Überspannungsschutz geprüft werden? Die DIN VDE0100 Teil 200 hält eine Definition für den Potenzial-Ausgleich bereit. Demnach handelt es sich um \“eine elektrische Verbindung, die die Körper elektrischer Betriebsmittel sowie fremde leitfähige Teile auf gleiches oder annähernd gleiches Potenzial bringt.\“ Bei Photovoltaik(PV)-Anlagen müssen dann folgende Komponenten in den Potenzial-Ausgleich eingebunden werden: – Photovoltaik-Module mit Metallrahmen – Metallische Modultragegestelle – Metall-Kabeltrassen und Leitungs-Schutzrohre – Wechselrichtergehäuse Potenzial-Unterschiede können gefährliche Funkenbildung, hohe Berührungsspannungen und Funktionsstörungen von Datensystemen zur Folge haben. Potenzial-Ausgleich im Fundament Der Fundamenterder wird im Bewährungsstahl der Bodenplatte eingelegt. Meist schaut dann eine einzige Anschlussfahne aus dem Beton heraus. An dieser Stelle wird die Haupterdungsschiene installiert. Ist diese – früher auch Hauptpotenzial-Ausgleich genannt – an einem zentralen Ort nahe des Hausanschlusskastens geplant, kann ein Potenzial-Ausgleich dort mit einfachen Installationen und kurzen Leitungslängen einfach ausgeführt werden. Dabei muss sichergestellt sein, dass ein Fundamenterder den erforderlichen Erdübergangswiderstand von \’wenigen Ohm\‘ erreicht. Technisch sinnvoll ist hier der Bereich zwischen 2 und 10O. In Neubauten wird die Bodenplatte häufig auf eine Sperrschicht und einen Fließ gelegt. Außerdem bekommen Kellergeschosse eine wasserdichte Bitumenverkleidung, die einen niedrigen Erdübergangswiderstand unmöglich macht. Das Gebäude steht dann – wie in einem Gummistiefel – isoliert zur Erde. Bei älteren Gebäuden sowie bei Scheunen und anderen landwirtschaftlich genutzten Bauten ist gar kein Fundamenterder vorhanden. Hier müssen zusätzliche Tiefen- oder Ringerder außerhalb des Gebäudes vorgesehen werden. Optimal sind niedrige Erdübergangswiderstände für jede Erdungsanlage. – Erdübergangswiderstand < 2-10O - Staberder bis 20m Tiefe - Bandeisenerder 15m lang / 1m tief Es ist zu beachten, dass der Erdwiderstand stark von der Bodenbeschaffenheit abhängig ist. Photovoltaik-Anlagenteile anbinden Bei Photovoltaik-Anlagen ist die kurze Anbindung an die Potenzial-Ausgleichsschiene schon durch die Entfernung zur Haupterdungsschiene schwer umzusetzen. Während Photovoltaik-Anlagen auf einem Dach installiert sind, befindet sich die Haupt-erdungsschiene beispielsweise im Keller. Ein Potenzial-Ausgleich ist hier unerlässlich. Nun könnte man auf die Idee kommen, bereits geerdete Gebäudeteile als Erdpotenzial-Anschluss zu nutzen wie etwa die Wasser- oder Heizungsleitung. Häufig werden innerhalb eines Gebäudes allerdings Kunststoff-Rohre verwendet, die sich nicht für den Potenzial-Ausgleich eignen. Die Nutzung der Räume kann sich zudem nach einigen Jahren ändern. So werden z.B. Heizungs- und Wasserleitungen umgebaut, ohne dabei die angeschlossene Photovoltaik-Anlage zu berücksichtigen. Dann ist die vermeintlich an das Erdpotenzial angeschlossene Photovoltaik-Anlage isoliert, und es besteht die Gefahr von hohen und gefährlichen Berührungsspannungen bis hin zu einem Brand durch Funkenbildung. Als baulicher Erder kann hier die Stahl-Tragekonstruktion des Gebäudes genutzt werden. Optimal sind hier direkte Verbindungen aller Photovoltaik-Module untereinander sowie mindestens eine separate Erdungsleitung, die direkt zur Haupt-Erdungsschiene gelegt wird. Auch wenn diese dann relativ lang wird, ist die Verwendung einer 16mm²-Kupferleitung die beste Lösung für einen effizienten Potenzial-Ausgleich. Folgende Leitungsquerschnitte gelten für den Haupt-Potenzial-Ausgleich: - normal: halber Querschnitt des größten Schutzleiters der Anlage - minimal: 6mm² Kupfer - maximal: 25mm² Kupfer Potenzial-Ausgleich am Blitzschutz Der Blitzschutz ist ausschließlich für das Ableiten von Blitzströmen zur Erde vorgesehen. An Blitzfang-Einrichtungen dürfen keine Geräte oder Anlagenteile geerdet werden. Auch wenn es verlockend scheint, dieses nahe gelegene \'Erdpotenzial\' zu nutzen - die einzige Verbindung des Blitzschutzes mit dem Potenzial-Ausgleich des Gebäudes ist an der Haupt-erdungsschiene zulässig. Die Trennungsabstände von der Photovoltaik-Anlage zur Blitzschutzanlage sind dabei einzuhalten. Aktive Energie- und Photovoltaik-Gleichspannungsleitungen können nicht direkt an den Potenzial-Ausgleich angeschlossen werden. Ein Kurzschluss wäre die Folge. Doch Überspannungen in den Leitungen, die durch Blitzeinschläge oder Schalthandlungen hervorgerufen werden, führen zu Überschlägen und Funkenbildung in elektrischen Geräten. Der Wechselrichter wird zerstört, und schlimmstenfalls kann sogar die Elektroinstallation in Brand geraten. Überspannungsschutz-Geräte verbinden die Leiter mit dem Potenzial-Ausgleich indirekt. Kurzzeitige Spannungsspitzen werden in Bruchteilen von Sekunden abgeleitet. Ist der Spannungsimpuls verschwunden, ist die Installation wieder voll funktionsfähig. Ein umfassendes Überspannungs-Schutzkonzept für die Gleich- und Wechselspannungsseite von Photovoltaik-Anlagen reduziert energiereiche Überspannungen auf Werte, die für Geräte verträglich sind. Folgende Überspannungsschutz-Module eignen sich für Photovoltaik-Anlagen: - DC-Seite des Wechselrichters: Class 2 Ableiter VAL-MS 1000DC/2+V - AC-Seite des Wechselrichters: Class 2 Ableiter Valvetrab compact - Haupteinspeisung: Class 1 Ableiter Flashtrab compact Prüfung der Schutzvorrichtungen Erdungsanlage, Potenzial-Ausgleich und Überspannungsschutz haben keine \'aktiven Funktionen\', die man durch Umlegen eines Schalters prüfen könnte. Beurteilt wird die Funktion eines Potenzial-Ausgleichs in der Re­gel durch Sichtprüfungen und Messungen sowie durch die Erfahrung des Installateurs. Beim Prüfen der Erdungsanlage kann daher wie folgt vorgegangen werden. 1. Sichtprüfung Eine Sichtprüfung umfasst folgende Punkte: - zentraler Potenzial-Ausgleich (PA) nach DIN VDE0100 Teil 410 - Anlagendokumentation erstellen - zusätzlicher Potenzial-Ausgleich - falls vorhanden - an den nach DIN VDE0100 festgelegten Orten anordnen - alle fremden leitfähigen Teile des Gebäudes einbeziehen - Haupterdungsschiene sowie Anschlussmittel ordnungsgemäß einsetzen - PA-Leiterquerschnitte richtig auswählen und einsetzen - PA-Leiter ordnungsgemäß anschließen sowie richtig kennzeichnen und verlegen 2. Erproben Erforderlich sind Kontrollen des festen Sitzes der Leiter an den Anschlussstellen sowie die Kontrolle der Anschlussmittel an den fremden leitfähigen Teilen durch eine Handprobe. 3. Messen Gemessen wird mit folgenden professionellen Messgeräten: - Erdübergangswiderstände der Potenzial-Ausgleichsanlage - Widerstände der Leitungsverbindungen zwischen den metallenen Gebäudeteilen und der Haupterdungsschiene 4. Überspannungsschutz prüfen Die Funktion von Überspannungsschutz-Geräten in der Energietechnik wie etwa das steckbare Schutzmodul vom Typ VAL-MS 1.000DC/2+V für Photovoltaik-Anlagen - kann anhand der Statusanzeige festgestellt werden. Außerdem können steckbare Ableiter von Phoenix Contact mit dem Prüfgerät Checkmaster auf ihre Funktionsfähigkeit hin getestet werden. Zudem muss der feste Anschluss der Überspannungsschutz-Geräte an kurzen Anschlussleitungen überprüft werden. Fazit