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Leseranfrage
Dimensionierung der Kabel und Leitungen einer PV-Anlage

Um Fehler bei der Kabel- und Leitungsdimensionierung zu vermeiden, sollte beispielsweise auch der hohe Belastungsgrad mit bei den Berechnungen berücksichtigt werden.

Fehler bei der Kabel- und Leitungsdimensionierung gerade an PV-Anlagen führen immer wieder zu Beanstandungen (Bild: wichientep/stock.adobe.com)

Frage: Wir schließen im Moment eine Photovoltaikanlage mit 990 kWp ans Netz an. Die meisten Wechselrichter haben eine Leistung von 36 kVA. Die Anschlusskabel dieser Wechselrichter sind maximal 14 m lang und bis zum Verteiler auf offenen Gitterrinnen 60/200 verlegt, deren Abstände zu den Wänden mindestens 80 cm betragen. Es liegen maximal sechs Leitungen in den Gitterrinnen nebeneinander. Außerhalb der Gitterrinnen werden jeweils drei Kabel in einem Schutzschlauch geführt. Die Wechselrichter befinden sich in einem überdachten Gebäude, dessen Seitenwände Ost/Süd/West aus Gitterzäunen bestehen.

Der künftige Betreiber verlangt, dass die Wechselrichter (Vorsicherung 63 A Sicherungslasttrenner mit RCD 63/0,3 Typ B) mit einem Kabelquerschnitt von 5 × 25 mm2 angeschlossen werden. Er verlangt zudem, dass UV-beständige Kabel eingesetzt werden, da die Sonne eventuell durch die Gitterzäune hindurch, wenn auch nur zeitlich befristet, auf die Kabel scheinen könnte. Nun unsere Fragen: Sind unser Berechnungen zum Kabel 5 × 16 mm2 richtig? Wann muss ein UV-beständiges Kabel eingesetzt werden?


Antwort: Leider liegen keine genauen Informationen zum verwendeten Kabeltyp vor. Daher gehe ich im Folgenden von einer isolierten Leitung mit fünf Einzeladern und einer maximal zulässigen Betriebstemperatur von 70 °C aus. Die maximal zu erwartende Umgebungstemperatur der Leitungen kann in dem gut durchlüfteten überdachten Außenbereich mit 40 °C angenommen werden.

Kabeldimensionierung. Fehler bei der Kabel- und Leitungsdimensionierung gerade an PV-Anlagen führen immer wieder zu Beanstandungen. Diese Mängel haben ihre Ursache oft in der falschen Einschätzung von Reduktionsfaktoren und fehlerhaften Annahme des Belastungsgrades.

Bei der Frage der zulässigen Dauerstrombelastbarkeit ist zunächst der erforderliche Bemessungsstrom festzulegen. Nach DIN VDE 0100-712 (VDE 0100-712) [1] muss lt. Kap. 712.433.104 „Schutz der Versorgungskabel/-leitungen auf der Wechselspannungsseite“ bei der Auslegung der PV-Versorgungskabel auf der Wechselspannungsseite der maximale Ausgangsstrom des Wechselrichters (Herstellerangabe) berücksichtigt werden.

Liegt keine Herstellerangabe vor, ist das 1,1-Fache des Wechselrichter-Bemessungswechselstroms anzusetzen.

Nach den vom Wechselrichterhersteller im Internet veröffentlichten Informationen beträgt der maximale Ausgangsstrom des Wechselrichters 57,8 A bei 400 V.

Der Belastungsgrad ist nach DIN VDE 0100-712 (VDE 0100-712) [1] mit 1,0 anzusetzen.

Im zweiten Schritt ist die für die Leitung zulässige Strombelastbarkeit in der DIN VDE 0298-4 (VDE 0298-4) [2] festzustellen.

Verlegung auf Kabelrinne. Für die auf der Kabelrinne verlegten Leitungen gilt demnach folgende Berechnung:

Tabelle 9 [2]: „auf gelochter Kabelrinne horizontal oder vertikal“; Referenzverlegeart E oder F.

Tabelle 4 [2]: Strombelastbarkeit bei Betriebstemperatur 70 °C; Umgebungstemperatur 30 °C in Luft; Verlegeart E; mehradriges Kabel mit Abstand von mindestens 0,3 × Durchmesser D zur Wand: 16mm2 Kupfer, 80 A; 25 mm2 Kupfer, 101 A.

Die zu berücksichtigenden Reduktionsfaktoren sind:

Nach Tabelle 17 [2] – „Umrechnungsfaktoren für Umgebungstemperaturen abweichend von 30 °C für die Strombelastbarkeiten von Kabeln und Leitungen in Luft“ beträgt der Faktor für eine Umgebungstemperatur von 40 °C: 0,87.

Nach Tabelle 22 [2] – „Umrechnungsfaktoren für Häufung von mehradrigen Kabeln oder Leitungen auf Kabelrinnen und Kabelleitern“ beträgt der Faktor für die Verlegung auf gelochter Kabelrinne mit Berührung von sechs Kabeln: 0,76.

Dies bedeutet für die Belastbarkeit des Kabels bei dieser Art der Verlegung:

    Für 16 mm2: 80 A × 0,87 × 0,76 = 52,9 A
    Für 25 mm2: 101 A × 0,87 × 0,76 = 66,8 A

Verlegung im Schutzschlauch. Für eine Kabelführung von jeweils drei Leitungen in einem Schutzschlauch gilt:

Tabelle 9 [2]: Verlegung im Elektro-Installationsrohr auf einer Wand oder mit einem Abstand kleiner als der 0,3-fache Außendurchmesser des Elektro-Installationsrohrs von einer Wand – Mehradriges Kabel oder mehradrige ummantelte Installationsleitung: Referenzverlegeart B2.

Tabelle 3 [2]: Strombelastbarkeit bei Betriebstemperatur 70 °C; Umgebungstemperatur 30 °C in Luft; Verlegeart B2: 16 mm2 Kupfer, 62 A; 25 mm2 Kupfer, 80 A.

Die zu berücksichtigenden Reduktionsfaktoren sind:

Nach Tabelle 17 [2] – „Umrechnungsfaktoren für Umgebungstemperaturen abweichend von 30 °C für die Strombelastbarkeiten von Kabeln und Leitungen in Luft“ beträgt der Faktor für eine Umgebungstemperatur von 40 °C: 0,87.

Nach DIN VDE 0298-4 (VDE 0298-4) [2] Kap. 5.3.3.2.2 „Häufung in Rohren oder Elektro-Installationskanälen“ beträgt der Faktor bei drei mehradrigen Kabeln in einem Installationsrohr: 0,58.

Dies bedeutet für die Belastbarkeit der Leitungen bei dieser Art der Verlegung:

    Für 16 mm2: 62 A × 0,87 × 0,58 = 31,3 A
    Für 25 mm2: 80 A × 0,87 × 0,58 = 40,4 A

Fazit. Die Leitungen sind bei der gewählten Verlegeart mit einem Querschnitt von 16 mm2 unterdimensioniert, selbst eine Leitung mit einem Querschnitt von 25 mm2 wäre im Bereich des Schutzschlauches unzulässig hoch belastet!

Eine mögliche Lösung besteht darin, die Leitungen ausschließlich auf Kabelbühnen (keine gebündelte Verlegung im Schutzschlauch) in einem Abstand voneinander (mindestens 1-facher Kabeldurchmesser) zu verlegen. Damit wäre der Reduktionsfaktor für Häufung auf der Kabelrinne mit 0,91 anzusetzen und der Reduktionsfaktor für die Häufung im Schutzschlauch würde entfallen – die Belastbarkeit der Leitungen würde dabei auch mit dem gewählten Querschnitt von 16 mm2 ausreichen.

Einsatz UV-beständiger Kabel. Aus der Anfrage ist zu entnehmen, dass es sich um eine nicht UV-beständige Leitung handelt. Es wird beschrieben, dass „die Sonne eventuell durch die Gitterzäune hindurch, wenn auch nur zeitlich befristet, auf die Kabel scheinen könnte“.

In der DIN VDE 0100-520 (VDE 0100-520) [3] ist im Kap. 522.11 „Sonneneinstrahlung und ultraviolette Strahlung“ gefordert, dass bei erheblicher direkter Sonneneinwirkung oder ultravioletter Strahlung eine geeignete Kabel- und Leitungsanlage ausgewählt und errichtet werden muss oder ein Schutz gegen diese direkte Sonneneinwirkung vorzusehen ist. Darüber hinaus ist zu berücksichtigen, dass selbst durch eine reflektierte ultraviolette Strahlung über einen langen Zeitraum eine Leitungsisolation beschädigt werden kann.

Fazit. Es kann in diesem Fall darüber gestritten werden, ob die hier vorliegende direkte Sonneneinwirkung erheblich ist oder nicht. Um einer solchen Diskussion grundsätzlich aus dem Wege zu gehen, schlage ich vor, die Seiten durch die es zu einer Einstrahlung auf die Leitungen kommen kann mit einem Sonnenschutz zu versehen. Grundsätzlich ist bei vergleichbaren Installationen die Verwendung von UV-beständigen Kabeln und Leitungen dringend anzuraten.

 Autor: L. Erbe

Literatur:

[1] DIN VDE 0100-712 (VDE 0100-712):2016-10 Errichten von Niederspannungsanlagen – Teil 7-712: Anforderungen für Betriebsstätten, Räume und Anlagen besonderer Art – Photovoltaik-(PV)-Stromversorgungssysteme.

[2] DIN VDE 0298-4 (VDE 0298-4):2013-06 Verwendung von Kabeln und isolierten Leitungen für Starkstromanlagen – Teil 4: Empfohlene Werte für die Strombelastbarkeit von Kabeln und Leitungen für feste Verlegung in und an Gebäuden und von flexiblen Leitungen.

[3] DIN VDE 0100-520 (VDE 0100-520):2013-06 Errichten von Niederspannungsanlagen – Teil 5-52: Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel – Kabel- und Leitungsanlagen.

 

 Dieser Artikel ist in unserem Facharchiv nachzulesen.


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