Dieser Leitfaden beantwortet eine spezifische technische Frage: Wie sollte ein DC-Überspannungsschutzgerät in einem PV-Generatoranschlusskasten angeschlossen werden? Er konzentriert sich auf die Position des SPD-Abzweigs, die DC+ und DC− Anschlüsse, den PE-Ableitungspfad, die Leiterführung und die abschließende Verdrahtungsprüfung. Er wurde für PV-EPC-Ingenieure, Hersteller von Anschlusskästen, Schaltanlagenbauer und technische Abnahmeteams geschrieben.
Inhaltsübersicht
Schnelle Antwort
Ein PV-DC-SPD wird normalerweise als ein Parallelschutz-Abzweigangeschlossen, nicht in Reihe zum normalen PV-Strompfad. Seine geschützten Leiterklemmen werden mit den entsprechenden DC+ und DC− Knotenpunkten verbunden, während die PE-Klemme an den dafür vorgesehenen Schutzerde- oder Potenzialausgleichspunkt angeschlossen wird.
Die endgültige Klemmenanordnung, der Schutzmodus und der Anschlusspunkt müssen mit dem spezifischen SPD-Schaltplan übereinstimmen. Der Überspannungspfad sollte so kurz und direkt wie möglich gehalten werden, da unnötige Leiterlängen und Schleifen bei einem Überspannungsereignis eine induktive Spannung erzeugen. Die Grundsätze für Auswahl und Installation von PV-SPDs werden in der IEC 61643-32 [1] behandelt.
Vollständige Verdrahtungsarchitektur des SPD für Solar-Anschlusskästen
In einem typischen Anschlusskasten treten PV-Strings durch ihre jeweiligen String-Schutzeinrichtungen ein und werden an positiven und negativen Sammelpunkten zusammengeführt. Der normale DC-Ausgangspfad führt dann über die zugelassene Trenn- oder Schaltvorrichtung weiter zum Wechselrichter.
Der SPD zweigt von diesem normalen Strompfad ab. Im Normalbetrieb führt er keinen Laststrom des Modulfelds. Bei einer transienten Überspannung begrenzt er die Spannung, indem er den Überspannungsstrom über seinen vorgesehenen Schutzpfad in Richtung PE ableitet.
Wie das SPD mit Sicherungshaltern, Trennschaltern und Leitungsschutzschaltern verbunden wird
Diese Komponenten befinden sich im selben Gehäuse, bilden aber keine austauschbare Schutzkette. Für die Verdrahtungsprüfung ist die wichtige Frage, an welcher Stelle sich jede Komponente in Bezug auf den normalen Strompfad und den SPD-Abzweig befindet.
| Komponente | Position in der Verdrahtung | Was auf der Zeichnung zu überprüfen ist |
|---|---|---|
| String-Sicherungshalter | In Reihe mit dem entsprechenden PV-String-Leiter installiert | Korrekte Polarität, Strangzuordnung und Anschluss an den Sammelpunkt |
| DC-SPD | Als paralleler Zweig von den geschützten DC-Knoten zum PE verbunden | Klemmenbelegung, Schutzmodus, Abzweigpunkt und PE-Pfad |
| DC-Trennschalter | In Reihe mit dem DC-Hauptausgangspfad installiert | Welche Seite bleibt geschützt, wenn der Trennschalter geöffnet ist |
| DC-Leistungsschalter | Im vorgesehenen Haupt- oder Abzweigstrompfad installiert | Polanordnung, Richtungsabhängigkeit (sofern zutreffend) und Abstimmung mit dem genehmigten Entwurf |
| PE-Schiene | Mit dem Gehäusepotenzialausgleich und der Projekt-Erdungsanlage verbunden | Direkter SPD-Anschluss, Durchgängigkeit und Vermeidung unnötiger Schleifen |
Die Strang-Sicherung sollte nicht automatisch als Schutzvorrichtung für den SPD-Zweig betrachtet werden. Wo ein separater SPD-Backup-Schutz erforderlich ist, müssen dessen Typ, Bemessung und Anbringungsort den Anweisungen des SPD-Herstellers und der Kurzschlussbewertung des Projekts entsprechen.
Wo sollte der SPD-Abzweig angeschlossen werden?
Der SPD sollte an die DC-Knoten angeschlossen werden, die laut Planung geschützt werden sollen. Er darf nicht in Reihe zwischen PV-Strang und Wechselrichter geschaltet werden, als ob der normale Laststrom durch ihn hindurchfließen müsste.
Überprüfen Sie, wo der SPD-Zweig physisch angeschlossen ist, welche Leiter er schützt, ob ein geöffneter Trennschalter die Schutzzone verändert und ob die PE-Verbindung den vorgesehenen Potenzialausgleichspunkt direkt erreicht.
Wie man DC+, DC− und PE verbindet
Die Klemmenbeschriftungen am tatsächlichen SPD haben Vorrang vor allgemeinen Schaltplänen. Unterschiedliche PV-SPDs können verschiedene interne Schutzschaltungen, Modulanordnungen und Klemmenmarkierungen verwenden. Das Folgende ist daher eine Verifizierungsmethode und kein Ersatz für das Produktdatenblatt.
DC+-Anschluss
Verfolgen Sie den genehmigten positiven Schutzknoten auf der Zeichnung. Verbinden Sie ihn nur mit der für DC+ identifizierten SPD-Klemme oder dem entsprechenden positiven Schutzpfad. Bestätigen Sie, dass der Anschluss an der vorgesehenen Seite der Sicherung, des Trennschalters oder des Leistungsschalters erfolgt.
DC--Anschluss
Verfolgen Sie den negativen Schutzknoten separat. Gehen Sie nicht davon aus, dass der negative Leiter geerdet ist. Viele PV-Anlagen arbeiten mit beiden Polen isoliert von der Erde, daher muss die SPD-Topologie für das tatsächliche PV-System geeignet sein.
PE-Anschluss
Schließen Sie den Schutzerde-Anschluss des SPD an die vorgesehene PE-Schiene oder den Potenzialausgleichspunkt gemäß der vom Design festgelegten Route an. Erdungs- und Schutzleiteranordnungen müssen den geltenden Installationsregeln und der Projektdokumentation [3][4] entsprechen.
Die korrekte Polarität ist notwendig, aber nicht ausreichend. Eine technisch korrekte Zeichnung muss auch die beabsichtigten Schutzknoten, den internen SPD-Schutzmodus und einen niederohmigen Pfad zum PE aufzeigen.
Sollte das SPD vor oder hinter dem DC-Trennschalter installiert werden?
Es gibt keine allgemeingültige Antwort, die ohne den Systemschaltplan angewendet werden kann. Die korrekte Position hängt davon ab, welche Leiter und Geräte bei geöffnetem Trennschalter geschützt bleiben müssen.
SPD auf der Array-Seite des Trennschalters
Diese Anordnung kann den Überspannungsschutz für die Leiter und Geräte auf der Array-Seite aufrechterhalten. Der SPD-Zweig kann jedoch nach dem Öffnen des Trennschalters weiterhin von der PV-Anlage gespeist werden. Wartungsverfahren müssen diesen Zustand berücksichtigen.
SPD auf der Wechselrichterseite des Trennschalters
Diese Anordnung kann es dem Trennschalter ermöglichen, das SPD vom Array zu trennen, abhängig vom vollständigen Schaltkreis. Sie schützt möglicherweise nicht alle vorgeschalteten Leiter, wenn der Trennschalter offen ist.
Schutz auf beiden Seiten
Einige Systemarchitekturen erfordern aufgrund von Leitungslängen, Blitzschutzzonen, Geräteexposition oder Projektrisikobewertung einen koordinierten Schutz an mehr als einem Ort. Dies ist eine Entscheidung des Systemdesigns und sollte nicht aus einer allgemeinen Zeichnung eines Generatoranschlusskastens abgeleitet werden.
Markieren Sie den SPD-Zweig und die Grenze des Trennschalters deutlich im einpoligen Schaltplan. Überprüfen Sie anschließend den Zustand unter Spannung, die Schutzzone und den Wartungs-Trennungszustand, bevor Sie die Produktion freigeben.
Schritt-für-Schritt-Prozess zur Überprüfung der SPD-Verkabelung und -Zeichnungen
- Bestätigen Sie die PV-Schaltungsdaten. Überprüfen Sie die maximale DC-Spannung, die Leiterpolarität, die String-Anordnung und die nachgeschalteten Betriebsmittel.
- Öffnen Sie den spezifischen Schaltplan für den Überspannungsschutz (SPD). Bestätigen Sie jede Anschlusskennzeichnung und den internen Schutzmodus. Verdrahten Sie nicht allein nach dem äußeren Erscheinungsbild des Produkts.
- Identifizieren Sie die zu schützenden DC-Knoten. Markieren Sie die genauen DC+ und DC- Abzweigpunkte im Schaltplan des Generatoranschlusskastens.
- Identifizieren Sie die Grenze des Trennschalters. Bestätigen Sie, welche Leiter unter Spannung stehen und geschützt bleiben, wenn der DC-Haupttrennschalter geöffnet ist.
- Verlegen Sie die SPD-Leiter. Halten Sie die Wege der geschützten Leiter und des PE kurz, direkt und frei von unnötigen Schleifen oder scharfen Umwegen.
- Schließen Sie den vorgesehenen PE-Punkt an. Überprüfen Sie die Durchgängigkeit zwischen dem SPD-PE-Anschluss, der PE-Schiene, der Gehäuseerdung und dem Erdungsanschluss des Projekts.
- Prüfen Sie die Anforderungen an den Abzweigschutz. Wenn der SPD-Hersteller einen externen Vorsicherungsschutz verlangt, überprüfen Sie das spezifizierte Gerät und dessen Einbauort.
- Überprüfen Sie Polarität, Drehmoment und Leiteranschluss. Verwenden Sie die Produktanweisungen und genehmigten Fertigungsunterlagen für Leiterquerschnitt, Abisolierlänge und Anschlussdrehmoment.
- Dokumentieren Sie die endgültige Konfiguration. Stellen Sie sicher, dass sich die freigegebene Zeichnung, das Etikett, die Stückliste und das installierte SPD-Modell alle auf dieselbe Verdrahtungsanordnung beziehen.
So lesen Sie Schaltpläne für 2P- und 3P-PV-SPDs
„2P“ und „3P“ reichen für sich allein genommen nicht aus, um die Verdrahtung zu genehmigen. Je nach Lieferant können diese Begriffe die Modulanzahl, die Gehäusebreite oder einen spezifischen internen Schaltkreis beschreiben.
Vor der Freigabe der Verdrahtung ist Folgendes zu bestätigen:
- welcher Anschluss mit DC+ verbunden ist;
- welcher Anschluss mit DC− verbunden ist;
- welcher Anschluss mit PE verbunden ist;
- ob der Schaltkreis einen Schutz zwischen DC+ und DC− beinhaltet;
- ob die Schutzelemente eine Y-Schaltung oder eine andere Topologie bilden;
- ob das ausgewählte Produkt für die beabsichtigte PV-DC-Anwendung gemäß IEC 61643-31 [2] geprüft wurde.
Warum Ucpv vor der Inbetriebnahme der Verkabelung bestätigt werden muss
Diese Seite ist kein allgemeiner Leitfaden zur Auswahl von PV-SPDs, aber die Spannungsüberprüfung bleibt ein obligatorischer Schritt bei der Verdrahtungsfreigabe. Ein korrekt gezeichneter Anschluss kann dennoch unsicher oder unzuverlässig sein, wenn das installierte SPD nicht für die tatsächliche maximale PV-Spannung geeignet ist.
Überprüfen Sie die Leerlaufspannung der Module, die Anzahl der Module in Reihe und die Spannungsberechnung des Projekts bei niedrigen Temperaturen. Bestätigen Sie dann, dass Ucpv des SPD und der interne Schutzmodus mit dem endgültigen Entwurf übereinstimmen. Genehmigen Sie ein Gerät nicht nur, weil auf dem Etikett „1000V“ oder „1500V“ steht.
SPD-Anschlusslänge und PE-Verlegung
Stoßströme ändern sich schnell. Die Induktivität der Anschlussleitungen trägt daher während der Entladung zu einer zusätzlichen Spannung bei. Aus diesem Grund erfordern die Anwendungsrichtlinien der IEC und die Anweisungen der SPD-Hersteller im Allgemeinen kurze, direkte Verbindungen [1].
Bei der Überprüfung des Schaltschranklayouts:
- Platzieren Sie den SPD nahe an den geschützten DC-Knoten und dem PE-Anschlusspunkt;
- Vermeiden Sie die Leitungsführung der DC- und PE-Kabel um nicht zugehörige Geräte herum;
- Vermeiden Sie große Leiterschleifen;
- Vermeiden Sie unnötig lange Umwege bis zum Erreichen der PE-Schiene;
- Achten Sie darauf, dass ein- und ausgehende Leiter so angeordnet sind, dass unerwünschte Kopplungen reduziert werden;
- Beachten Sie die Anforderungen an Leiterquerschnitt und Klemmen in der Produktdokumentation.
Die zulässige Anordnung hängt von der geltenden Norm, dem SPD-Design, dem Gehäuselayout und den Herstelleranweisungen ab. Dokumentieren Sie die tatsächliche Leitungsführung in der Fertigungszeichnung, wenn die Anschlussgeometrie die Zulassung beeinflusst.
Häufige Fehler bei der SPD-Verkabelung in Solar-Stranganschlusskästen
| Verdrahtungsfehler | Warum es wichtig ist | Erforderliche Korrektur |
|---|---|---|
| SPD in Reihe mit dem PV-Ausgang dargestellt | Dies stellt die SPD-Funktion falsch dar und kann zu einem ungültigen Schaltkreis führen | Zeichnen Sie den SPD als genehmigten parallelen Schutzzweig neu |
| DC+ und DC− Klemmen basieren auf der Modulposition | Die externe Modulanordnung lässt möglicherweise nicht auf die interne Schutztopologie schließen | Verwenden Sie das modellspezifische Klemmen- und Schaltbild |
| Langer oder geschlungener PE-Leiter | Erhöht die Impedanz und kann die an der geschützten Ausrüstung auftretende Spannung steigern | Verwenden Sie den kürzesten praktikablen, direkten Erdungsweg |
| Position des Trennschalters wurde nicht berücksichtigt | Die falsche Zone könnte ungeschützt oder unerwartet unter Spannung bleiben | Überprüfen Sie den Schutz- und Trennstatus anhand des einpoligen Schaltplans |
| String-Sicherung als SPD-Backup-Schutz behandelt | Die Geräte bieten möglicherweise nicht die erforderliche Koordination | Überprüfen Sie die Anweisungen des SPD-Herstellers zum Backup-Schutz |
| 1000V- oder 1500V-Kennzeichnung ohne Berechnung akzeptiert | Der installierte SPD entspricht möglicherweise nicht der tatsächlichen maximalen PV-Spannung | Überprüfen Sie die String-Spannung und Ucpv vor der Inbetriebnahme |
Abschließende Checkliste für die SPD-Verkabelung im PV-Stranganschlusskasten
Schließen Sie diese Prüfungen ab, bevor Sie die Zeichnung freigeben, ein Muster genehmigen oder den Generatoranschlusskasten unter Spannung setzen.
Benötigen Sie eine Überprüfung der SPD-Verkabelung für PV-Stranganschlusskästen?
Teilen Sie uns das einpolige Schaltbild des Generatoranschlusskastens, die maximale PV-Spannung, das ÜSS-Datenblatt, die Position des Trennschalters und die PE-Anordnung mit. LEEYEE unterstützt Sie gerne bei der Überprüfung des geplanten ÜSS-Anschlusses und identifiziert Details, die noch einer Projektbestätigung bedürfen.
FAQ zur SPD-Verkabelung von Solar-Stranganschlusskästen
Ist ein DC-Überspannungsschutzgerät in Reihe oder parallel geschaltet?
Ein PV-DC-ÜSS wird normalerweise als paralleler Überspannungsschutzabzweig angeschlossen. Der normale Laststrom des Arrays sollte nicht so durch den ÜSS fließen, als wäre er eine Sicherung, ein Trennschalter oder ein Leistungsschalter.
Wo wird der PE-Leiter des ÜSS angeschlossen?
Er wird an der im genehmigten Entwurf gezeigten PE-Schiene oder am Potenzialausgleichspunkt angeschlossen. Die Leitungsführung sollte kurz und direkt sein, während Leiterquerschnitt und Anschluss den Produkt- und Projektdokumenten entsprechen müssen.
Sollte der ÜSS vor oder nach dem Trennschalter verdrahtet werden?
Die korrekte Seite hängt von der beabsichtigten Schutzzone und dem Trennungszustand ab. Die Zeichnung muss zeigen, welche Ausrüstung geschützt bleibt und welche ÜSS-Leiter unter Spannung bleiben, wenn der Trennschalter geöffnet ist.
Kann die PV-String-Sicherung als ÜSS-Backupsicherung verwendet werden?
Gehen Sie nicht davon aus. Die String-Sicherung und der ÜSS-Abzweigschutz erfüllen unterschiedliche Funktionen. Ein erforderlicher externer ÜSS-Backupschutz muss den spezifischen Anweisungen für den ÜSS und der Projekt-Koordinationsbewertung entsprechen.
Kann ich einen 2P- und einen 3P-PV-ÜSS auf die gleiche Weise verdrahten?
Nicht ohne Überprüfung des Schaltplans. Die Modul- oder Polzahl gibt nicht immer Aufschluss über den internen Schutzmodus. Verwenden Sie den exakten Anschlussplan für das ausgewählte Modell.
Warum muss Ucpv auf einer Verkabelungsseite überprüft werden?
Weil korrekte Anschlüsse einen falsch dimensionierten ÜSS nicht geeignet machen. Die Spannungsbemessung und der Schutzmodus des Geräts müssen vor dem Einschalten des fertigen Stromkreises verifiziert werden.
Referenzen
- IEC 61643-32, Überspannungsschutzgeräte für Niederspannung — Teil 32: Überspannungsschutzgeräte für den Einsatz auf der Gleichspannungsseite von Photovoltaik-Installationen — Auswahl und Anwendungsprinzipien.
- IEC 61643-31, Überspannungsschutzgeräte für Niederspannung — Teil 31: Anforderungen und Prüfungen für Überspannungsschutzgeräte für Photovoltaik-Installationen.
- IEC 60364-7-712, Errichten von Niederspannungsanlagen — Anforderungen für Betriebsstätten, Räume und Anlagen besonderer Art — Photovoltaik-(PV)-Stromversorgungssysteme.
- IEC 60364-5-54, Errichten von Niederspannungsanlagen — Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel — Erdungsanlagen und Schutzleiter.
- Die Installationsanweisungen, das Datenblatt, der Schaltplan und die Anforderungen an den Backupschutz, die für das im Projekt verwendete spezifische ÜSS-Modell herausgegeben wurden.
