Dreistufige DC-Schaltvorrichtung für Photovoltaiksysteme 600, 1000 und 1200 V

Überspannungs-, Brand- und Personenschutz kombiniert

7. Juni 2010, 15:06 Uhr | Heinz Arnold

Um die Varianten »DG M YPV SCI 600« und »DG M YPV SCI 1200« hat Dehn + Söhne die UL-zugelassene Überspannungsschutzfamilie »DEHNguard M YPV SCI« erweitert. Damit sind die mehrpoligen Photovoltaik-Ableiter mit dreistufiger DC-Schaltvorrichtung für Anlagen mit 600 V, 1000 V und 1200 V erhältlich.

Während der bisher erhältliche Typ »DG M YPV SCI 1000« für Standardanwendungen im europäischen Einsatz ausgelegt ist, hat Dehn + Söhne die 600-V-Version besonders in Hinblick auf die USA entwickelt, wo die Spannungen auf der DC-Seite auf 600 V limitiert werden und es deshalb sinnvoll ist, die Schutzbeschaltung und damit auch den Schutzpegel auf die niedrigere Spannung zu optimieren. Die 1200-V-Version hat das Unternehmen auf die Anforderungen von Freiflächenanlagen ausgelegt, bei denen die Spannungen mittlerweile die 1000-V-Grenze überschreiten, um Wirkungsgrad und Kosten zu optimieren. Die Geräte dieser Familie verfügen nicht nur über die fehlerresistente Y-Schutzbeschaltung plus eine kombinierte Abtrenn- und Kurzschließvorrichtung mit Thermo-Dynamic-Control, sondern zusätzlich über eine im Kurzschlusspfad integrierte DC-Sicherung, die bei Überlast des Ableiters einen stromlosen Wechsel der Schutzmodule ermöglicht. Daher die Abkürzung SCI im Familiennamen: Short Circuit Interruption.

Diese Kombination reduziert erstens das Risiko einer Schutzgeräteüberlastung durch Installations- und Isolationsfehler im PV-Stromkreis, zweitens verringert sie die Gefahr, dass ein überlasteter Ableiter beim Abtrennvorgang zu einem Brand führen könnte, und drittens versetzt sie einen überlasteten Ableiter in einen sicheren elektrischen Zustand, ohne das Betriebsverhalten der PV-Anlage zu beeinträchtigen.

Dazu ein genauerer Blick auf die einzelnen Elemente des Überspannungsschutzes: Die fehlerresistente Y-Beschaltung besteht aus drei Varistorschutzpfaden und ermöglicht es, PV-Anlagen mit Gleichspannungen von 600 bis 1200 V vor Überspannungen zu schützen. Weil immer zwei Module in Reihe geschaltet sind, kann die Wahrscheinlichkeit der Überlastung eines Schutzmoduls deutlich reduziert werden, die Anlage ist damit resistent gegen Erdfehler.

Die Gefahr der Überlastung eines Schutzmodules kann aber nicht zu 100 Prozent ausgeschlossen werden. Denn ein überlasteter Varistor im Überspannungsschutzgerät könnte zu heiß werden und einen Brand auslösen. Das verhindern thermisch wirkende Abtrennvorrichtungen, die den Varistor in diesem Fall vom Stromkreis trennen. Während sich dieses Konzept bei Wechselspannungsanlagen einfach umsetzen lässt, ist es bei den Anforderungen, die eine PV-Anlage stellt, bei weitem schwieriger zu realisieren. Bei Gleichstrom gibt es eben keinen Nulldurchgang: Öffnen Kontakte, können Lichtbögen entstehen, die sich nicht selber löschen. Einen Überstromschutz in Reihe zu den Überspannungsschutzgeräten zu schalten, ist aufgrund der PV-Quellencharakteristik nicht sinnvoll möglich.

2007 hat Dehn + Söhne ein speziell für den Einsatz in PV-Anlagen entwickeltes Überspannungsschutzgerät auf den Markt gebracht, in dem Abtrenn- und Kurzschließvorrichtung kombiniert sind: Eine parallel zum Überspannungsschutzpfad liegende Kurzschließeinrichtung löscht den Gleichstromschaltlichtbogen, wie er beim Öffnen einer konventionellen thermischen Abtrenneinrichtung auftreten kann. Damit schützt diese Kombination zum einen vor Überspannungen und verhindert zum anderen auch die Gefahr einer Brandentstehung.

Allerdings tauchten in der Praxis gewisse Nachteile in Zusammenhang mit diesem dauerhaften Kurzschluss auf: Ein kurzgeschlossenes Schutzmodul zu entfernen, ohne die PV-Anlage freigeschaltet zu haben, könnte bei unsachgemäßem Vorgehen zu einem Lichtbogen führen und das Wartungspersonal gefährden. Nun sind in einer Anlage nicht immer Freischalter vorhanden, die Wartung muss dann beispielsweise nachts durchgeführt werden. Außerdem könnte es im Zusammenhang mit trafolosen Wechselrichtern zu Wechselwirkungen kommen, die Schäden am Wechselrichter hervorrufen würden.

Deshalb hat Dehn + Söhne eine weitere Entwicklungsstufe für PV-Ableiter in 2009 auf den Markt gebracht.  Eine zusätzliche, speziell für PV-Anlagen dimensionierte Sicherung wurde in den Kurzschlusspfad integriert. Sie stellt sicher, dass der Überspannungsableiter im Fehlerfall sicher von der PV-Versorgung abgetrennt wird. Nun kann ein Schutzmodul ohne Spezialwerkzeug stromlos entfernt werden, ein Lichtbogen beim Austausch der Geräte kann somit nicht auftreten. Damit schlagen die Geräte der Familie »DEHNguard M YPV SCI« drei Fliegen mit einer Klappe: Sie bieten Überspannungs-, Brand- und Personenschutz. Im vergangen Jahr sind sie auf dem 24. Symposium Photovoltaische Solarenergie mit dem Innovationspreis ausgezeichnet worden.

Dehn + Söhne setzt im übrigens bewusst keinen Gasableiter am Fußpunkt der Y-Schaltung ein. »Wenn bei Vorhandensein eines Erdfehlers der Gasleiter durch eine Impulsbelastung anspricht, bricht dessen Spannung  auf die Bogenbrennspannung zusammen, und die Überlastung des Varistor-Schutzmoduls  lässt sich somit nicht ausschließen«, erklärt Bernd Leibig, Produktmanager Red/Line von Dehn + Söhne. Wenn dann noch ein einfacher Öffnerkontakt mit sehr begrenztem DC-Schaltvermögen als Abtrennvorrichtung verwendet wird, sei die Brandgefahr eben nicht ausgeschlossen. Er ist deshalb überzeugt, dass die Kombination aus drei Varistoren in der Y-Schaltung  plus der dreistufigen DC-Schaltvorrichtung mit integrierter Sicherung im Kurzschlusspfad (SCI) für PV-Anlagen das geeignete Schutzkonzept sei.

 


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