Schutzmaßnahmen
|
Regenerative/Alternative Energien
|
Elektrotechnik
Geprüfte Sicherheit von Wechselrichtern
ep10/2007, 2 Seiten
Sicherheit prüfen und zertifizieren Wechselrichter für Photovoltaik-Anlagen fallen in den Anwendungsbereich der Norm DIN EN 50178 „Ausrüstung von Starkstromanlagen mit elektronischen Betriebsmitteln“. Um zu verhindern, dass Personen oder Anlagen durch hohe Spannungen und Ströme geschädigt werden, müssen insbesondere Wechselrichter bestimmten sicherheitstechnischen Anforderungen genügen. Wird dieses vor der Markteinführung beispielsweise durch das VDE-Institut geprüft (Bild ), lassen sich gefährliche Fehlfunktionen weitestgehend ausschließen. Die Grundlage für die Zertifizierung mit dem VDE-GS-Zeichen für geprüfte Sicherheit bildet das Geräte- und Produktsicherheitsgesetz, das Photovoltaikprodukte als verwendungsfertige Gebrauchsgegenstände einstuft. Es trat am 1. Mai 2004 in Kraft und bezieht sowohl den Hersteller als auch den Händler sowie den Installateur in die Produkthaftungskette mit ein. Eine Zertifizierung mit dem GS-Zeichen ist verbunden mit einer Erstbesichtigung der Fertigungsstätte sowie einer jährlichen Routineinspektion durch das VDE-Institut. Während der Hersteller die Stückprüfungen selbst übernimmt, werden die Typprüfungen neuer Gerätemodelle beim VDE-Institut durchgeführt. Mögliche Fehlerquellen finden sich sowohl in der Verdrahtung als auch in den Abständen auf Leiterplatten. Auch können scharfe Kanten des Gehäuses zu einer Beanstandung führen. Um eine Brandgefahr zu mindern, müssen Leitungen richtig bemessen und geführt werden. Auch sollten Geräte so aufgebaut sein, dass mögliche Schäden eng auf das Gerät begrenzt bleiben. Schutz durch Isolation Gefährliche Körperströme können zum Beispiel beim direkten Berühren von aktiven Teilen fließen. Zu diesen zählen die Leiter oder leitfähige Komponenten, die beim normalen Betrieb Spannung führen. Für den Personenschutz ist es daher wichtig, dass Bauteile, die Eingangsgleich- oder Ausgangswechselspannung führen, vollständig mit einer dauerhaften und nicht entfernbaren Isolierung umgeben sind. Diese muss für die höchste Bemessungsisolationsspannung ausgelegt sein. Berührbare Bauteile mit Kleinspannung im Inneren des Wechselrichters müssen durch Isolierung oder ausreichende Abstände von den gefährlichen Spannungen sicher getrennt sein. Sowohl die Abstände auf den Leiterplatten (Bild ), in den Übertragern als auch an den Optokopplern werden nachgemessen. Da es schwer ist, Fehler an integrierten Trafos oder Wandlern festzustellen, werden diese gegebenenfalls einer separaten Prüfung unterzogen. Liegt ein Fehler beispielsweise der Basisisolierung vor, kann es auch beim indirekten Berühren zu gefährlichen Körperströmen oder Spannungsverlagerungen zum Gehäuse kommen. Der Hochspannungstest zur ausreichenden Spannungsfestigkeit gilt hier als der wichtigste Test. Schutz im Fehlerfall Der größte Teil der marktüblichen Photovoltaikwechselrichter entspricht der Schutzklasse I - aktive Teile sind von den berührbaren Komponenten durch eine Basisisolierung getrennt. Als Vorkehrung für den Fehlerfall dient eine Schutzleiterverbindung. Um zu verhindern, dass es bei einem Versagen der Basisisolierung zu einer Spannungsverschleppung zum Gehäuse kommt, wird der Fehlerschutz ebenfalls in die Prüfung einbezogen. Hierbei werden geprüft, ob die Klemmmittel gegen Lockern gesichert sind und die Schutzleiterklemmen nicht korrodieren können. Ferner werden überprüft, ob der Querschnitt des Schutzleiters für den auftretenden Kurzschlussstrom geeignet ist, ob die Schutzleiterverbindung einen ausreichend geringen Widerstand hat und ob die Elektropraktiker, Berlin 61 (2007) 10 924 AUS DER PRAXIS Geprüfte Sicherheit von Wechselrichtern Insbesondere Wechselrichter müssen bestimmten sicherheitstechnischen Anforderungen genügen. Wird die Sicherheit von Wechselrichtern vor der Markteinführung durch anerkannte Institute geprüft, lassen sich gefährliche Fehlfunktionen weitestgehend ausschließen. Durch Geräteprüfungen lassen sich Gefährdungen weitestgehend verhindern Prüfung der einzuhaltenden Isolationsabstände auf einer Leiterplatte Kriechstromprüfung an einem Isolierstoff ortsveränderlichen elektrischen Betriebsmittel im Unternehmen, auch alle ortsveränderlichen Betriebsmittel mit Kragensteckeranschluss einschließlich der Adapter mit geprüft und als in Ordnung befunden wurden. Sie sind natürlich auch vorschriftsmäßig gekennzeichnet worden (Bild ), denn Durchgang und Isolationswiderstand waren nicht zu beanstanden. Ich habe mein Möglichstes getan und versucht, die Sachlage zu erläutern. Zwar haben alle genickt, aber sicher ist dann trotz einer Notiz im Befundschein doch alles beim Alten geblieben. Wenn die Adapter nicht irgendwann zufällig unter dem „betrieblichen Kranwagen“ landen, werden sie wohl noch lange im Einsatz bleiben . Resultierende Fragen Diese Begegnung ist für mich nun Anlass, um Folgendes zu fragen: · Warum sind verantwortliche Sicherheitsfachkräfte und Betreiber oft so inkonsequent beim Umsetzen des Prinzips des sicheren Arbeitens? · Wie kommt es, dass Elektrofachkräfte oftmals so wenig über die für sie doch lebenswichtigen Gesetze, Normen und Vorschriften der Elektrotechnik wissen? · Wie lässt sich das im Durchschnitt unbefriedigende Fachniveau der Elektrofachkräfte verbessern? · Warum gibt es die Pflicht zur Prüfung von Anlagen und Betriebsmitteln, jedoch keine Verpflichtung, prüfende Elektrofachkräfte und vor allem die verantwortlichen Elektrofachkräfte zu prüfen? · Wieso gibt es z. B. Minister für Landwirtschaft und Verkehr, aber keinen, der die für Deutschlands Niveau wichtige Elektrotechnik organisiert und vertritt? Literatur [1] DIN VDE 0100 Beiblatt 2 VDE 0100:1992-10 Errichten von Niederspannungsanlagen; Verzeichnis der einschlägigen Normen und Übergangsfestlegungen, Anhang C, Anlagen. [2] Unfallverhutungsvorschrift BGV A3 Elektrische Anlagen und Betriebsmittel vom 1. April 1979 in der Fassung vom 1. Januar 1997; Anhang 1; Abschnitt 6. H.-J. Becker EP1007-914-925 20.09.2007 8:25 Uhr Seite 924 Schutzleiterverbindungen durch ihre Form, ihre Lage oder ihre Farbgebung leicht als solche zu erkennen sind. Zudem darf die Schutzleiteranschlussstelle nicht zum Verbinden von Konstruktionsteilen verwendet worden sein. Ein häufig entdeckter Fehler ist die falsche Auslegung des Schutzleiters. Insbesondere dann, wenn dieser als Leiterbahn über eine Platine geführt wird. Getestet wird der Schutzleiter mit einem bis zu einer Minute fließenden Prüfstrom von 25 A. Schutz vor Fehlerströmen Insbesondere durch hochfrequente Störspannungen treten beim Betrieb von Stromrichtern Ableitströme auf, die über die Schutzerdung abfließen. Geprüft, gemessen und beurteilt werden diese Ableitströme nach der Pilotnorm für Ableitströme IEC 60990. Die Eckwerte (bei Schutzklasse I max. AC 3,5 mA) sind in den jeweiligen Gerätenormen (bei Wechselrichtern in der DIN EN 50178) festgelegt und dürfen nicht überschritten werden. Liegt bei einem Wechselrichter der Wert des Ableitstroms über dem Grenzwert AC 3,5 mA, dann fordert DIN EN 50178, dass das Geräte entweder · einen 2. Schutzleiteranschluss haben muss, sodass eine zweite Schutzleiterverbindung parallel zur Schutzleiterverbindung im Netzanschlusskabel möglich ist, oder · über eine selbsttätige Abschaltung im Fehlerfall (beim Überschreiten des Ableitstroms) verfügen muss. Luft- und Kriechstrecken Sind die Abstände zwischen den unter Spannung stehenden Stromkreis-Teilen zu gering, können Spannungsüberschläge oder Kriechstrecken (entlang der Oberfläche) entstehen, auf denen ein Fehlerstrom fließt. Für die Messung der Luft- und Kriechstrecken legt das VDE-Institut zunächst die relevanten Parameter fest (Bild ). Dazu zählen die Höhe und die Art der Bemessungsisolationsspannung zwischen den Stromkreisen, die zu erwartenden kurzzeitigen Überspannungen und Verschmutzungen und die elektrischen, mechanischen und thermischen Eigenschaften der verwendeten Isolierstoffe. Dann werden die Luft- und Kriechstrecken mit entsprechenden Lehren auf den Leiterplatten, an den Bauteilen und in den Wickelgütern gemessen. Geräte müssen Umweltbedingungen standhalten Um zu prüfen, ob die Wechselrichter auch unter den einzelnen Umweltbedingungen den Anforderungen entsprechen und bei den im Datenblatt angegebenen Umgebungstemperaturen ihre Wärmesicherheit sowie Funktion behalten, werden im Prüflabor Hitze, Kälte sowie Feuchtigkeit simuliert. So müssen beispielsweise alle Bauteile den tatsächlich auftretenden Temperaturen im Inneren des Wechselrichters standhalten. Beim Prüfen des Gehäuses und der Abdeckung im Rahmen der IP-Schutzartprüfung lassen sich häufig Abweichungen zu den Herstellerangaben feststellen, sodass der Wechselrichter für den vom Hersteller angegebenen Aufstellungsort nicht geeignet ist (Bild ). Auf einer Vibrationsanlage mit elektrodynamischem Schwingungserreger lässt sich feststellen, ob Bauteile im Wechselrichter ausreichend befestigt sind. Breitbandrauschen und Schock werden auf einem so genannten Gleittisch simuliert. Eingangsspannungen und Eingangsströme auf dem Datenblatt müssen ebenfalls den tatsächlich gemessenen Werten entsprechen. Zudem müssen die Betriebsunterlagen alle Angaben für die sichere Handhabung, die Montage, den Anschluss und die Wartung enthalten. A. Ernst, A. Schwalm Elektropraktiker, Berlin 61 (2007) 10 925 Prüfung der Schutzart Fotos: Schwalm EP1007-914-925 20.09.2007 8:25 Uhr Seite 925
Autoren
- A. Ernst
- A. Schwalm
Downloads
Laden Sie diesen Artikel herunterTop Fachartikel
In den letzten 7 Tagen:
Sie haben eine Fachfrage?