PV Blitzschutz ist Brandschutz worauf muss der Installateur achten?

Transkript

1 LUMIT -Fachtagung September 2014 PV Blitzschutz ist Brandschutz worauf muss der Installateur achten? Wolfgang Wegmann DEHN + SÖHNE Blitz-Fotos dieser Präsentation von Michael Bath, / WW

2 Agenda Blitzentstehung/Blitzschäden Ursachen von Blitz-/Überspannungen Neue Installations-Norm Äußerer Blitzschutz für PV-Anlagen Innerer Blitzschutz für PV-Anlagen / WW

3 DEHN + Söhne GmbH + Co.KG. Überspannungsschutz Blitzschutz / Erdung Arbeitsschutz Familienunternehmen, Gründung 1910 rund 1600 Mitarbeiter weltweit 18 Vertriebsstützpunkte in Deutschland weltweit 19 eigene Büros/Gesellschaften Vertrieb in über 70 Ländern / WW

4 Schäden aus der Praxis

5 Anzahl der in Deutschland registrierten Blitzereignisse von 2000 bis Mio. 2,5 Mio. Gemessene Blitze 2 Mio. 1,5 Mio. 1 Mio. 0,5 Mio Lit.: Gesamtverband der Deutschen Versicherungsgesellschaft e.v. + BLIDS Jahr / 5481_D_6

6 Schaden an PV-Modulen durch Blitzschlag Quelle: Solarzentrum Oberland GmbH / 3521_D_2

7 Schäden am Wechselrichter / 3525_D_2

8 Schaden durch Brand als Folge von Blitzschlag Quelle: Dehn CZ / WW

9 Schadenstatistik Photovoltaik Schadenursachen Stückzahlen Schneedruck 14% Versagen technisch 6% Marderbiss 3% Sturm 9% Böswilligkeit 3% Versagen menschlich 3% Diebstahl 2% Brand / Feuer 2% Blitz- und Überspannung 26% Sonstiges 32% Quelle: Mannheimer Versicherung / 4517_D_6

10 Ursachen von Blitz- und Überspannungen

11 Galvanische Kopplung 100 ka Beispiel û E 100 ka 1 Ω = 100 kv GAK Z Z 100 kv 230/400 V HAK 100 kv HES 1 Ω HAK: Hausanschlusskasten; HES: Haupterdungsschiene; GAK: Generator-Anschlusskasten; Z: Zähler / 1500_D_5

12 Induktive Kopplung GAK Z Z 230/400 V HAK HES HAK: Hausanschlusskasten; HES: Haupterdungsschiene; GAK: Generator-Anschlusskasten; Z: Zähler / 1500_D_6

13 Normen Blitzschutz Normung Versicherungsbedingungen

14 Blitzschutznormung DIN EN (VDE ): , Stand "Blitzschutz" DIN EN / VDE Teil 1 Allgemeine Grundsätze Teil 2 Risikomanagement Beiblatt 1 Blitzgefährdung in Deutschland =Normen / nationale Beiblätter in Vorbereitung Beiblatt 2 Berechnungshilfe zur Abschätzung des Schadenrisikos für bauliche Anlagen. Beiblatt 3 Zusätzliche Informationen zur Anwendung der EN Teil 3 Schutz von baulichen Anlagen und Personen Beiblatt 1 Zusätzliche Informationen zur Anwendung der DIN EN Beiblatt 2 Zusätzliche Informationen für besondere bauliche Anlagen Beiblatt 3 Zusätzliche Informationen für die Prüfung und Wartung von Blitzschutzsystemen Beiblatt 4 Verwendung von Metalldächern in Blitzschutzsystemen Beiblatt 5 Blitz- und Überspannungsschutz für PV-Stromversorgungssysteme Teil 4 Elektrische und elektronische Systeme in baulichen Anlagen Beiblatt 1 Verteilung des Blitzstromes / 6004_D_2

15 Überarbeitetes nationales Beiblatt 5 zu VDE Februar 2014 Überarbeitung in einem Gemeinschafts-AK aus Blitzschutz- und PV-Experten. Veröffentlichung im Februar Verteilt u.a. über Handwerker-Abonnement / WW

16 VDE Edition 2 Warum ein aktualisiertes Beiblatt 5? Aufgrund zahlreicher Erfahrungen in der Praxis gab es Anregungen einige der im Beiblatt 5 beschriebenen und bewährten Schutzmaßnahmen weiterzuentwickeln und manche Anforderungen noch detaillierter zu formulieren Aktualisierte und neue Vorschriften Blitzschutznormen EN Edition 2; EN Beiblatt 1: Blitzstromverteilung DIN EN für Blitzschutzsystembauteile EN SPDs in Photovoltaik -Installationen EN Auswahlhilfen für PV-SPDs Errichtungsvorschriften VDE , VDE und VDE in Überarbeitung bei IEC / WW

17 DIN EN Bbl 1 (VDE Bbl 1): Einleitung Die notwendige Schutzklasse (I-IV) des Blitzschutzsystems wird durch eine Risikoanalyse DIN EN (VDE ) ermittelt. Die Schutzklasse kann auch im Einvernehmen mit dem Planer, Eigentümer und/oder Nutzer festgelegt werden. Eine Übersicht gesetzlicher Vorgaben und einer möglichen Zuordnung der Schutzklasse für bauliche Anlagen, basierend auf den Erfahrungen der Sachversicherer, enthält die VdS-Richtlinie / 6046_D_1

18 Risikoanalyse VdS Merkblatt 2010 Lit.: VdS 2010 : (04) / 2661_D_1

19 Äußerer Blitzschutz Trennungsabstand Fangeinrichtung Ableitungseinrichtung Erdungsanlage

20 Trennungsabstand bei PV-Modulen α s s / 4033_D_1

21 Näherung Blitzschutzdraht mit PV-Modulgestell Montagefehler PV-Gestell über Blitzschutz-Masche installiert! Trennungsabstand nicht eingehalten! / 8255_D_1

22 DIN EN Bbl 5 (VDE Bbl 5): Äußerer Blitzschutz Im Sinne der Blitzschutznorm DIN EN (VDE ) sind PV-Stromversorgungssysteme als Dachaufbauten Möglichkeit mit getrennten Fangeinrichtungen gegen direkte Blitzeinschläge zu schützen. ANMERKUNG Die Neuinstallation eines PV-Stromversorgungssystem auf einer baulichen Anlage kann eine Anpassung der bestehenden elektrischen Anlage erfordern / 6651_D_1

23 Blitzkugelradius, Schutzwinkel, Maschengröße und typische bevorzugte Abstandswerte von Ableitungen LPS- Schutzklasse Blitzkugelradius r (m) Schutzverfahren Schutzwinkel α ( ) Maschen -größe w (m) Ableitungen typische Abstände (m) α 80 I 20 5 x II x III x LPS I II III IV H (m) IV x Lit.: DIN EN (VDE ): , Abs Tab. 2 + Bild 1, Abs Tab / 6119_D_3

24 Planung der Fangeinrichtungen zum Schutz von PV-Modulen Trennungsabstand Radius der Blitzkugel je Schutzklasse Schutzwinkel Fangstange s α Schattenlinie 15 s / 4025_D_1

25 Blitzschutz für EVALON Solar-Dachbahnen Auslegung diagonal zw. zwei Fangstangen Blitzkugelradius r Quelle: alwitra GmbH & Co / S5363

26 DIN EN Bbl 5 (VDE Bbl 5): Funktionserdung/Blitzschutz-Potentialausgleich Befindet sich die Anlage im Schutzbereich von Fangeinrichtungen und wird der Trennungsabstand eingehalten, so wird eine Funktionserdung der metallenen Unterkonstruktion durchgeführt. Der Leiterquerschnitt sollte mindestens 6 mm 2 Cu oder eine äquivalente Stromtragfähigkeit aufweisen. Ebenso sollten alle Modulgestellschienen untereinander mit diesem Leiterquerschnitt verbunden werden. Der Funktionserdungs-/Blitzschutz-Potentialausgleichsleiter wird parallel und in möglichst engem Kontakt zu den DC- und AC-Kabeln/-Leitungen verlegt. Anmerkung: Metallrahmen von PV-Modulen sind nicht zwingend in den Potentialausgleich einzubinden. Bei bestimmten PV-Modulen ist funktionsbedingt eine Erdung der PV-Modulrahmen notwendig. Es sind die Installationsvorgaben des Modulherstellers zu beachten / 9140_D_1

27 Funktionserdung einer PV-Dachanlage Montagefehler Es ist eine dauerhaft niederohmige elektrische Verbindung zu gewährleisten bei Funktionserdung und Blitzschutzpotentialausgleich! Funktionserdung befindet sich auf der Rückseite des Montagesystems / 8049_D_1

28 Funktionserdung / Blitzschutz-Potentialausgleich Situation A Funktionserdung der Modulgestelle, wenn kein äußere LPS vorhanden ist. Lit.: DIN EN Bbl 5 (VDE Bbl 5): / WW

29 Funktionserdung / Blitzschutz-Potentialausgleich Situation B Funktionserdung der Modulgestelle, wenn äußere LPS vorhanden und Trennungsabstand eingehalten ist. Lit.: DIN EN Bbl 5 (VDE Bbl 5): / 9085_D_1

30 Funktionserdung / Blitzschutz-Potentialausgleich Funktionserdung der Modulgestelle, wenn äußere LPS vorhanden und Trennungsabstand nicht eingehalten ist. Lit.: DIN EN Bbl 5 (VDE Bbl 5): / 9085_D_2

31 Überspannungsschutz Blitzschutz-Potentialausgleich Einsatz Überspannungs-Ableiter

32 VDE Innerer Blitzschutz Wann sind Überspannnungs-Schutzgeräte zu installieren? Installationsnormen VDE und VDE geben vor, wann in Niederspannungs-Wechselstromnetze SPDs einzubauen sind. Nach neuem Beiblatt 5, wenn auf der AC-Seite SPDs installiert werden müssen, dann sind auch auf der DC-Seite der PV-Anlage einzubauen. Empfehlung neuen Ausgabe Beiblatt 5 auch Datenschnittstellen gegen Überspannungen zu schützen / WW

33 DIN EN Bbl 5 (VDE Bbl 5): Einsatz von SPDs in PV-Stromversorgungssystemen, Bild / 9086_D_1

34 Auswahl der Prüfklasse (Typ) des SPD und Mindestquerschnitt des Potentialausgleichs Situation Potentialausgleich SPD am Einbauort I SPD am Einbauort II SPD am Einbauort III und IV A Einbau von SPDs in einer baulichen Anlage ohne Äußere Blitzschutzanlage (LPS) 6 mm² * Typ 2 SPDs EN * Typ 2 SPDs EN * Typ 2 SPDs EN B Einbau von SPDs in einer baulichen Anlage mit Äußerer Blitzschutzanlage (LPS), Trennungsabstand s wird eingehalten 6 mm² Typ 1 SPDs EN Typ 2 SPDs EN Typ 2 SPDs EN C Einbau von SPDs in einer baulichen Anlage mit Äußerer Blitzschutzanlage (LPS), Trennungsabstand s wird nicht eingehalten 16 mm² Typ 1 SPDs EN Typ 1 SPDs EN * Typ 1 SPDs EN *) wenn notwendig Lit.: DIN EN Bbl 5 (VDE Bbl 5): Tabelle / 9084_D_2

35 Auswahl der Prüfklasse (Typ) des SPD und Mindestquerschnitt des Potentialausgleichs Situation Potentialausgleich SPD am Einbauort I SPD am Einbauort II SPD am Einbauort III und IV A Einbau von SPDs in einer baulichen Anlage ohne Äußere Blitzschutzanlage (LPS) 6 mm² * Typ 2 SPDs EN * Typ 2 SPDs EN * Typ 2 SPDs EN B Einbau von SPDs in einer baulichen Anlage mit Äußerer Blitzschutzanlage (LPS), Trennungsabstand s wird eingehalten 6 mm² Typ 1 SPDs EN Typ 2 SPDs EN Typ 2 SPDs EN C Einbau von SPDs in einer baulichen Anlage mit Äußerer Blitzschutzanlage (LPS), Trennungsabstand s wird nicht eingehalten 16 mm² Typ 1 SPDs EN Typ 1 SPDs EN * Typ 1 SPDs EN *) wenn notwendig Lit.: DIN EN Bbl 5 (VDE Bbl 5): Tabelle / 9084_D_2

36 Einbausituation B, Einbauort II Überspannungsschutz AC-Ausgang Wechselrichter Überspannungs- Ableiter Typ 2 GAK 6 mm 2 Cu Z Z 230/400 V HAK HES HAK: Hausanschlusskasten; HES: Haupterdungsschiene; GAK: Generator-Anschlusskasten; Z: Zähler / 4015_D_3

37 Auswahl der Prüfklasse (Typ) des SPD und Mindestquerschnitt des Potentialausgleichs Situation Potentialausgleich SPD am Einbauort I SPD am Einbauort II SPD am Einbauort III und IV A Einbau von SPDs in einer baulichen Anlage ohne Äußere Blitzschutzanlage (LPS) 6 mm² * Typ 2 SPDs EN * Typ 2 SPDs EN * Typ 2 SPDs EN B Einbau von SPDs in einer baulichen Anlage mit Äußerer Blitzschutzanlage (LPS), Trennungsabstand s wird eingehalten 6 mm² Typ 1 SPDs EN Typ 2 SPDs EN Typ 2 SPDs EN C Einbau von SPDs in einer baulichen Anlage mit Äußerer Blitzschutzanlage (LPS), Trennungsabstand s wird nicht eingehalten 16 mm² Typ 1 SPDs EN Typ 1 SPDs EN * Typ 1 SPDs EN *) wenn notwendig Lit.: DIN EN Bbl 5 (VDE Bbl 5): Tabelle / 9084_D_2

38 Einbausituation B, Einbauort III und IV Überspannungsschutz DC-Eingang Wechselrichter Überspannungs- Ableiter Typ 2 GAK 6 mm 2 Cu Z Z 230/400 V HAK HES HAK: Hausanschlusskasten; HES: Haupterdungsschiene; GAK: Generator-Anschlusskasten; Z: Zähler / 4015_D_4

39 Abtrennverhalten mit Demonstrationsableitern ohne und mit SCI Technologie ohne SCI mit SCI Video Abtrennverhalten ohne SCI Video Abtrennverhalten mit SCI / 5846_D_7

40 Anwendungsbeispiel: DEHNguard M YPV SCI (FM) / 6769_D_2

41 Anwendungsbeispiel: DEHNcube YPV SCI M Das installationsfertige SPD kann aufgrund seiner Schutzart, den kompakten Ausmaßen und den Anschlussleitungen jederzeit und schnell gerüstet werden / 8693_D_1

42 Brandgefährdung PV Anlagen durch Blitz- und Überspannung Zusammenfassung Blitzschutzsysteme dienen der direkten Brandvermeidung und unterbinden indirekte Brandgefährdung durch DC-Lichtbogen- zündung aufgrund von Blitz-Folgeschäden wie Isolationsdefekte. Überspannungsschutzgeräte (SPD) für die DC-Seite von PV- Stromkreisen, als Teil von Blitzschutzsystemen, verhindern unkontrollierte Überschläge und damit Isolationsdefekte. Aus dem neuen Beiblatt 5 der DIN EN sind konkrete Hinweise zur Auswahl von Überspannungsschutzgeräten enthalten. Dies betrifft sowohl Systeme mit String-, als auch mit Zentralwechselrichtern. Blitz und Überspannungsschutzeinrichtungen sind wirkungsvoller Bestandteil um Brandgefährdung im Photovoltaiksystem zu minimieren / WW

43 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Blitz-Fotos dieser Präsentation von Michael Bath, / WW

44 E-CHECK PV

45 E-CHECK PV Formblatt 8217 Checkliste Blitz- und Überspannungsschutz / 8394_D_2

46 Induktive Einkopplung von Blitzströmen in PV-Module in Abhängigkeit vom Abstand zum Modul Blitzschutzdraht 0,5 m PV-Modul mit kurzgeschlossenen Ausgangsklemmen Variation des Abstandes Messung des induzierten Stoßstromes Stoßstromgenerator 150 ka 10/ / 4216_D_1

47 Induktiven Einkopplung von Blitzströmen in PV-Module in Abhängigkeit vom Abstand zum Modul I i [ka] I 10/350 [ka] Distance 0,5 m Distance 1 m Distance 2 m Induzierte Stoßströme bei unterschiedlichen Abständen Zeit [ms] Primäre eingespeister Blitzstrom Zeit [ms] / 4216_D_4