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Netz- und Anlagenschutz nach VDE-AR-N 4105

Bild 1. Für Erzeugungsanlagen von 30 kV bis 100 kV bietet Eaton einen Netz- und Anlagenschutz als kompakte, anschlussfertige Kombinationen in IP65 an

Bild 2. Für Erzeugungsanlagen >100 kVA stellt Eaton ein komplettes Sortiment an 3- und 4-poligen Leistungs- und Lasttrennschaltern für den NA-Schutz zur Verfügung

Bild 3. Prinzipschaltbild mit NA-Schutzrelais für alle Schutzschalter-kombinationen mit Fernantrieb und Unterspannungsauslöser

Bild 4. Entsprechend der Anwenderregel VDE-ARN-N-4105 sind drei verschiedene Kombinationen möglich: Leistungsschalter/ Leistungsschalter, Leistungsschalter/ Lasttrennschalter, Lasttrennschalter/ Lasttrennschalter

Für Photovoltaik-, Windenergie- und Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen gilt als dezentrale Erzeuger die Anwendungsregel VDE-AR-N 4105 Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz: Technische Mindestanforderungen für Anschluss und Parallelbetrieb von Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz. Die aktualisierte technische Regelung soll eine störungsfreie und effiziente Einspeisung der dezen-tralen Erzeugungsanlagen ins Stromnetz ermöglichen. Mit anderen Worten: Die Anwendungsregel soll die Netzstabilität sicherstellen und trotz einer weiter wachsenden Zahl von Erzeugungsanlagen für mehr Versorgungssicherheit sorgen.

Die Anwendungsregel VDE-AR-N 4105 berücksichtigt die schnelle Zunahme der installierten Leistung von Erzeugungsanlagen, die in das Niederspannungsnetz einspeisen; sie „erfordert neuartige Lösungen an der Schnittstelle von elektrischer Anlage und Netz“. Ziel der die Regel erarbeitenden Projektgruppe im Forum Netztechnik/Netzbetrieb, kurz FNN, im VDE (unter Beteiligung aller betroffenen Fachkreise) ist es, „durch standardisierte technische Anforderungen dezentrale Stromerzeugungsanlagen besser ins Stromnetz zu integrieren“, also mit netzstützenden Funktionen einen sicheren und zuverlässigen Netzbetrieb zu gewährleisten und bei weiter zunehmenden Einspeisungen ins Niederspannungsnetz für Stabilität zu sorgen.
Seit 1. August 2011 gilt die Anwendungsregel; Übergangsfristen sollen den betroffenen Akteuren die Einführung und Umsetzung erleichtern. Für Photovoltaikanlagen am Niederspannungsnetz ist die Anwendungsregel seit 1. Januar 2012 verbindlich. Für weitere dezentrale Erzeugungsanlagen, wie Blockheizkraftwerke und Biogas- oder Windenergieanlagen, ist der 1. Juli 2012 verbindliches Datum. Die VDE-AR-N 4105 soll fester Bestandteil der technischen Anschlussbedingungen (TAB) eines Netzbetreibers werden, damit soll ein verlässlicher Standard Planungs- und Handlungssicherheit geben. Sie betrifft Hersteller, Planer und Errichter sowie Elektroinstallateure gleichermaßen. Sie verändert die Ausführung der Schutzmaßnahmen, Einstellungen an Schutz- und Überwachungseinrichtungen sowie die allgemeinen Anschlussbedingungen.

Um die Netzstabilität der schnell wachsenden Anzahl dezentraler Erzeugungsanlagen in Deutschland weiterhin sichern zu können, gilt es, zusätzliche Maßnahmen zu ergreifen. In der Anwendungsregel sind diese Maßnahmen beschrieben: Unter anderem müssen Erzeugeranlagen bei unzulässigen Spannungs- oder Frequenzabweichungen des Niederspannungsnetzes abgeschaltet werden. Die VDE-AR-N 4105 empfiehlt dazu die Verwendung eines Kuppelschalters in Form von zwei in Reihe geschalteten elektrischen Schalteinrichtungen, die von einem Relais, welches die Netzfrequenz und Netzspannung überwacht, angesteuert werden. Sollten die in der Anwendungsregel zulässigen Werte überschritten werden, wird die Erzeugungsanlage automatisch vom Netz getrennt. Ist die Netzspannung oder Netzfrequenz wieder im zulässigen Bereich, wird die Anlage automatisch wieder eingeschaltet.
Gemäß Anwendungsregel gilt: Die Abschaltung muss einfehlersicher erfolgen. Bei Anlagen >30 kVA ist ein zentraler Netz- und Anlagenschutz (NA-Schutz) gefordert. Dieser wird am Zählerplatz realisiert. Bei Anlagen <30 kVA reicht der in die Wechselrichter integrierte NA-Schutz aus.

Netz- und Anlagenschutz auch VDE-AR-N 4105
Für den Netz- und Anlagenschutz nach VDE-AR-N 4105 bietet Eaton neben einbau- und anschlussfertigen Komplettlösungen auch Einzelkomponenten, wie Schütze mit geringer Halteleistung und motorgetriebene Leistungsschalter mit leistungsarmen Unterspannungsauslösern, an. Die Schütze sind als Kuppelschalter für Anlagen bis 100 kVA zugelassen. Für größere Anlagen können beispielsweise motorbetriebene Leistungsschalter oder Lasttrennschalter verwendet werden. Eaton hat je nach Anwendung die passende 3- oder 4-polige Lösung in seinem Portfolio (Bild 2). Damit wird ein Leistungsbereich von 14 kVA bis 866 kVA (20 A bis 1 250 A) abgedeckt.

Anschlussfertiger NA-Schutz bis 100 kVA
Für Anlagengrößen zwischen 30 kVA und 100 kVA hat Eaton eine kompakte, anschlussfertige Kombination im Kunststoffgehäuse in Schutzart IP65 entwickelt, welche die Anforderung der VDE-AR-N 4105 erfüllt (Bild 1). Sie besteht aus zwei in Reihe geschalteten Schützen, die über ein NA-Schutzrelais angesteuert werden und vorverdrahtet in einem Gehäuse montiert sind. Der neu entwickelte Netz- und Anlagenschutz wird zwischen Wechselrichter und Netzanschluss montiert. Anwender installieren die Kombination in Wandmontage. Die eingesetzten Schütze vom Typ DILMP sind dank eines elektronischen Magnetantriebs mit einer Halteleistung von 2,1 W besonders effizient.
Der Eaton-NA-Schutz ist in vier Leistungsklassen und zwei Baugrößen unterteilt: Baugröße 1 bis 43 kVA bzw. 55 kVA und Baugröße 2 bis 86 kVA bzw. 100 kVA.

NA-Schutzschalter von 14 kVA bis 866 kVA
Für Erzeugungsanlagen >100 kVA schließt die VDE-AR-N 4105 Schütze als Kuppelschalter aus; ausdrücklich zugelassen sind Motorschutzschalter sowie mechanische Leistungsschalter. Aber auch beispielsweise Lasttrennschalter erfüllen die Bedingungen der Anwendungsregel (Bild 4). Hierfür bietet Eaton ein komplettes Sortiment an.
Der Aufbau der Kuppelschalter durch den Anwender erfolgt mittels zwei in Reihe geschalteter Leistungsschalter oder Lasttrennschalter mit Fernantrieb (Bild 3). Weitere notwendige Komponenten sind Unterspannungsauslöser und NA-Schutzrelais. Diese Kombination ist mit einem Kurzschluss-Ausschaltvermögen von 50 kA für Netzeinspeisungen von bis zu 2 × 1 000 kVA/400 V Trafoleistung geeignet. Alternativ bietet Eaton Lasttrennschalter-Kombinationen mit vorgeschalteter Sicherung für den Kurzschlussschutz. Durch verlustleistungsarme Fernantriebe und Unterspannungsauslöser mit <3,6 VA Halteleistung sind beide Schalterarten ideale Komponenten für Anlagen mit hohem Wirkungsgrad. Sie lassen sich dank ihrer platzsparenden Kompaktbauweise je nach Anwendung neben- oder übereinander montieren. Ein breites Angebot an Zubehör mit Rahmen- und Steuerleitungsklemmen sorgt für den einfachen Anschluss.
Unter Berücksichtigung des reinen Anlageabschaltens lassen sich Leistungsschalter auch mit einem Lasttrennschalter kombinieren. Zudem wäre der Einsatz eines Leistungs- oder Lasttrennschalters mit einem Schütz oder zweier Schütze aus technischer Sicht eine Lösung. Dieser Fall ist jedoch nicht in der Anwendungsregel definiert. Es ist also empfehlenswert, diesbezüglich mit dem zuständigen Netzbetreiber Rücksprache zu halten.

Fazit: Roadmap zum Netzumbau
Die Anwendungsregel VDE-AR-N 4105 ist nicht isoliert zu betrachten; die FNN arbeitet aktuell an einer Roadmap zum Umbau der Netze, worin dann Lösungsrahmen, Prioritäten und das konkrete Vorgehen soweit als möglich beschrieben werden. Diese Befunde sollen in weiteren Anwendungsregeln publiziert und schließlich in die technischen Anschlussbedingungen (TAB) der Netzbetreiber einfließen und verbindlichen Charakter haben. Damit können Erzeugungsanlagen und Netze aufeinander abgestimmt und in ein Gesamtsystem integriert werden, welches Zuverlässigkeit in der Versorgung, Umweltverträglichkeit und Wirtschaftlichkeit optimiert. Außerdem möchte die FNN-Roadmap als „Innovationstreiber für die internationale Normungsarbeit“ fungieren, woraus sich dann neuartige standardisierte Produkte ableiten lassen.

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Autor: Andreas Gindorf ist Produktmanager MCCB im Eaton Electrical Sector EMEA in Bonn.

Autor: Dr. Gottfried Tharang ist Produktmanager im Eaton Electrical Sector EMEA in Bonn.