E VDE-AR-N Vervielfältigung auch für innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet. ICS Einsprüche bis Entwurf

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1 Entwurf Juli 2010 E VDE-AR-N 4105 Dies ist eine VDE-Anwendungsregel im Sinne von VDE 0022 unter gleichzeitiger Einhaltung des in der VDE-AR-N 100 beschriebenen Verfahrens. Sie ist nach der Durchführung des vom VDE-Präsidium beschlossenen Genehmigungsverfahrens unter der oben angeführten Nummer in das VDE-Vorschriftenwerk aufgenommen und in der etz Elektrotechnik + Automation bekannt gegeben worden. FNN Vervielfältigung auch für innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet. ICS Einsprüche bis Entwurf Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz Technische Mindestanforderungen für Anschluss und Parallelbetrieb von Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz Generators connected to the low-voltage distribution network - Technical requirements for the connection to and parallel operation with low-voltage distribution networks Anwendungswarnvermerk Dieser VDE-Anwendungsregel-Entwurf wird der Öffentlichkeit zur Prüfung und Stellungnahme vorgelegt. Weil die beabsichtigte VDE-Anwendungsregel von der vorliegenden Fassung abweichen kann, ist die Anwendung dieses Entwurfes besonders zu vereinbaren. Stellungnahmen werden erbeten vorzugsweise als Datei per an fnn-stellungnahme@vde.com in Form einer Tabelle. Die Vorlage dieser Tabelle kann im Internet unter abgerufen werden oder in Papierform an den VDE Verband Der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.v., FNN, Bismarckstr. 33, Berlin. Die Empfänger dieses Entwurfs werden gebeten, mit ihren Kommentaren jegliche relevante Patentrechte, die sie kennen, mitzuteilen und unterstützende Dokumentationen zur Verfügung zu stellen. VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.v. Gesamtumfang 68 Seiten VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e. V. Jede Art der Vervielfältigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des VDE, Frankfurt am Main, gestattet. Vertrieb durch VDE VERLAG GMBH, Berlin Preisgr. K VDE-Vertr.-Nr.

2 E VDE-AR-N 4105: Entwurf Inhalt Seite Vorwort... 5 Einleitung Grundsätze Anwendungsbereich Bestimmungen und Vorschriften Anmeldeverfahren und anschlussrelevante Unterlagen Inbetriebsetzung der Erzeugungsanlage Normative Verweisungen Begriffe Netzanschluss Grundsätze für die Festlegung des Netzanschlusspunktes Bemessung der Netzbetriebsmittel Zulässige Spannungsänderung Netzrückwirkungen Allgemeines Schnelle Spannungsänderungen Flicker Oberschwingungen und Zwischenharmonische Spannungsunsymmetrien Kommutierungseinbrüche Tonfrequenz-Rundsteuerung Trägerfrequente Nutzung des Kundennetzes Vorkehrungen gegen Spannungsabsenkungen und -unterbrechungen Anschlusskriterien Drehstromnetz Drehstrom-Synchrongeneratoren Drehstrom-Umrichteranlagen Verhalten der Erzeugungsanlage am Netz Grundsätze für die Netzstützung Maximal zulässiger Kurzschlussstrom Wirkleistungsabgabe Blindleistung Ausführung der Erzeugungsanlage/Netz- und Anlagenschutz (NA-Schutz) Generelle Anforderungen Zentraler NA-Schutz Integrierter NA-Schutz

3 EmEm Entwurf E VDE-AR-N 4105: Seite 5.4 Kuppelschalter Zentraler Kuppelschalter Integrierter Kuppelschalter Schutzeinrichtungen für den Kuppelschalter Allgemeines Schutzfunktionen Inselnetzerkennung Abrechnungsmessung Betrieb der Anlage Allgemeines Besonderheiten bei der Betriebsführung des Netzbetreiber-Netzes Zuschaltbedingungen und Synchronisierung Zuschaltung von Synchrongeneratoren Zuschaltung von Asynchrongeneratoren Zuschaltung von Erzeugungsanlagen mit Umrichtern Blindleistungskompensation Nachweis der elektrischen Eigenschaften Allgemeines Nachweis der Einspeiseleistung Nachweis der Einspeise-Wirkleistung Nachweis der Blindleistungswerte Nachweis der Blindleistungs-Übergangsfunktion Nachweis der Netzrückwirkungen Nachweis der Eigenschaften des Netz- und Anlagenschutzes...35 Anhang A Erläuterungen...36 Anhang B Anschlussbeispiele...43 Anhang C Beispiele für Zählerplatz-Konfigurationen...47 Anhang D Inselnetzerkennung mit Hilfe des Schwingkreistests...53 Anhang E Beispiele für die Anschlussbeurteilung von Erzeugungsanlagen...54 Anhang F Vordrucke...62 Bild 1 Polradspannung eines Synchrongenerators als ideales symmetrisches Dreiphasensystem...22 Bild 2 Ersatzschaltbild eines Synchrongenerators für den Kurzschlussfall. Bei einem =Vollpol-Synchrongenerator gilt näherungsweise: x dx g(p. u.)...22 Bild 3 Grenzleistungsbereich für die Blindleistung einer Erzeugungsanlage im Bereich von 3,68kVA< 13,8kVAS (Verbraucherzählpfeilsystem)...24 axbild 4 Grenzleistungsbereich für die Blindleistung einer Erzeugungsanlage bei >13,8kVAS (Verbraucherzählpfeilsystem)...24 axbild 5 Standard-cos ϕ (P)-Kennlinie

4 E VDE-AR-N 4105: Entwurf Seite Bild A.1 Optimierungspotential durch geeignete Blindleistungseinspeisung bei üblichen Freileitungs- bzw. Kabeltypen (bezogen auf eine Betriebsweise mit cos ϕ = 1) Bild A.2 Beispiele für cos ϕ (P)-Kennlinien mit zwei und drei Stützstellen. Die Kennlinie ist ab einer Leistung von 0,2 P n einzuhalten Bild B.1 Anschluss von 3 einphasigen Erzeugungseinheiten mit Volleinspeisung und einer maximalen Anschlussscheinleistung 4,6 kva pro Außenleiter Bild B.2 Anschluss einer neuen Erzeugungsanlage parallel zu einer Bestandsanlage mit Volleinspeisung bei einer maximalen Anschlussscheinleistung S Amax > 30 kva Bild B.3 Anschluss einer Erzeugungsanlage mit Zähleranschlusssäule bei einer maximalen Anschlussscheinleistung S Amax > 30 kva Bild B.4 Anschluss einer Erzeugungsanlage mit Überschusseinspeisung Bild C.1 TAB Zählerschrank Allgemeinanlage und Erzeugungsanlage 30 kva Bild C.2 TAB Zählerschrank Allgemeinanlage und Erzeugungsanlage > 30 kva Bild C.3 Zählerplatz für den Anschluss einer Erzeugungsanlage mit einer maximalen Anschlussscheinleistung S Amax > 30 kva mit Wandlermessung Bild C.4 Zählerplatz (kann auch dezentral angeordnet sein) für den Anschluss einer Erzeugungsanlage im Selbstverbrauch bzw. Überschusseinspeisung Bild C.5 Messprinzip zur Umsetzung von 33 (2) EEG 2009 bzw. 4 (3a) KWK-G Bild C.6 Anschlussvariante bei zentralem konventionellem Zählerplatz mit Drei-Punkt-Befestigung Bild D.1 Beispiel mit integriertem NA-Schutz im Wechselrichter Bild E.1 Erzeugungseinheit Bild E.2 Netz Bild E.3 Blindleistungssteuerung eines wärmegeführten BHKW Bild E.4 Wirkleistungsbezug und Einspeisung Bild E.5 Spannungsabweichung am Anschlusspunkt bei cos ϕ = 1 ohne Verbraucherlast Bild E.6 cos ϕ (P)-Kennlinie des BHKW Bild E.7 Resultierende Q-(P)-Kennlinie Bild E.8 Spannungsabweichung am Anschlusspunkt Bild E.9 Verlustparameter Stromquadrat Tabelle 1 Auf die Netzkurzschlussleistung S kv bezogene zulässige Oberschwingungsströme, die in einen Netzanschlusspunkt eingespeist werden dürfen Tabelle 2 Einstellwerte für den NA-Schutz Tabelle A.1 Umsetzung der Anschlusskriterien nach Tabelle E.1 Spannungsänderung an den einzelnen Verknüpfungspunkten Tabelle E.2 Spannungsänderung an den einzelnen Verknüpfungspunkten Tabelle E.3 Vergleich der nach Richtlinie für die PV-Anlage zulässigen mit den sich aus der Konformitätserklärung ergebenden Einspeise-Oberschwingungsströmen

5 Entwurf E VDE-AR-N 4105: Vorwort Dieser VDE-Anwendungsregel-Entwurf wurde vom Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE (FNN) erarbeitet und der Öffentlichkeit zur Stellungnahme vorgelegt. Dieser VDE-Anwendungsregel-Entwurf beschreibt den Stand der Technik zum Zeitpunkt seiner Veröffentlichung. Trotz besonderer Sorgfalt bei der Verfassung des VDE-Anwendungsregel-Entwurfs wird eine Haftung des VDE und der Autoren für Gesundheits- und Sachschäden, die durch die Anwendung entstehen könnten, ausgeschlossen. Die Anwender sind aufgerufen, Angaben regelmäßig auf Aktualität zu überprüfen. 5

6 E VDE-AR-N 4105: Entwurf Einleitung Die nachstehende Anwendungsregel fasst die wesentlichen Gesichtspunkte zusammen, die beim Anschluss von Erzeugungsanlagen an das Niederspannungsnetz des Netzbetreibers zu beachten sind. Sie dient gleichermaßen dem Netzbetreiber wie dem Errichter als Planungsunterlage und Entscheidungshilfe. Außerdem erhält der Betreiber wichtige Informationen zum Betrieb solcher Anlagen. Die Anwendungsregel ersetzt die 4. Ausgabe der VDEW-Richtlinie Eigenerzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz. Sie wurde völlig neu gestaltet und im logischen Aufbau übersichtlicher gegliedert. Wie in den höheren Spannungsebenen werden zukünftig auch die in Niederspannungsnetze einspeisenden Erzeugungsanlagen an der statischen Spannungshaltung beteiligt. Sie haben daher während des normalen Netzbetriebes ihren Beitrag zur Spannungshaltung im Niederspannungsnetz zu leisten. Dies hat unmittelbare Auswirkungen auf die Auslegung der Anlagen. Die Anwendungsregel fasst die wesentlichen Gesichtspunkte zusammen, die beim Anschluss an das Niederspannungsnetz zu beachten sind, damit die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Netzbetriebes gemäß den Vorgaben des Energiewirtschaftgesetzes auch mit wachsendem Anteil an dezentralen Erzeugungsanlagen erhalten bleiben und die in der DIN EN formulierten Grenzwerten der Spannungsqualität eingehalten werden können. Zu einzelnen Punkten werden zusätzliche Informationen gegeben, um bestimmte Vorgaben der Anwendungsregel zu erläutern. Um den Text der Anwendungsregel auf das Wichtigste zu beschränken, sind diese erläuternden Informationen im Anhang A abschnittsweise zusammengefasst. Anhand der in Anhang E aufgeführten Berechnungsbeispiele besteht die Möglichkeit, die Zulässigkeit des Anschlusses einer Erzeugungsanlage an das Niederspannungsnetz aufgrund der gegebenen Daten zu prüfen. Sollte hierbei festgestellt werden, dass ein Anschluss an das Niederspannungsnetz nicht möglich ist, kommt in der Regel ein Anschluss an die höhere Spannungsebene also an das Mittelspannungsnetz infrage. Die hierfür vorzunehmende Anschlussbeurteilung erfolgt gemäß der BDEW-Richtlinie Erzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz 1). Der Anhang enthält Vordrucke für die Zusammenstellung der erforderlichen Daten einer Erzeugungsanlage von der Planung des Netzanschlusses bis zur Inbetriebsetzung der Erzeugungsanlage. Diese Anwendungsregel ist Bestandteil der VDN-Richtlinie Technische Anschlussbedingungen für den Anschluss an das Niederspannungsnetz (TAB 2007) 2). 1) 2) Siehe Technische Richtlinie Erzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz, herausgegeben vom BDEW mit Stand Juni Siehe Technische Richtlinie Technische Anschlussbedingungen für den Anschluss an das Niederspannungsnetz TAB 2007, herausgegeben vom VDN. 6

7 Entwurf E VDE-AR-N 4105: Grundsätze 1.1 Anwendungsbereich Diese Anwendungsregel gilt für Planung, Errichtung, Betrieb und Änderung von Erzeugungsanlagen, die an das Niederspannungsnetz eines Netzbetreibers angeschlossen und parallel mit dem Netz betrieben werden (Anschlusspunkt im Niederspannungsnetz). Diese Anwendungsregel gilt auch für Änderungen an Erzeugungsanlagen, die wesentliche Auswirkungen auf das elektrische Verhalten am Netzanschluss haben. Für die Planung eines Netzanschlusses wie auch für den umgebauten und erweiterten Teil einer Erzeugungsanlage gelten die zum Zeitpunkt der Antragstellung gültige TAB. Netzanschlussänderungen umfassen Umbau, Erweiterung, Rückbau oder Demontage einer Kundenanlage sowie die Änderung der maximalen Scheinleistung einer Erzeugungsanlage S Amax oder des Schutzkonzeptes. Bei Erzeugungsanlagen, die zwar auf der Niederspannungsseite angeschlossen werden, aber über einen separaten Transformator mit dem Mittelspannungsnetz des Netzbetreibers verbunden sind, liegt der Anschlusspunkt im Mittelspannungsnetz. Für deren Anschlussbeurteilung ist die Richtlinie Erzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz 3) des BDEW heranzuziehen. ANMERKUNG In diesem Zusammenhang dürfen Erzeugungsanlagen, die an ein kundeneigenes Niederspannungsnetz angeschlossen sind, mit einer maximalen Anschlussscheinleistung von S Amax 100 kva (Summe aller Erzeugungsanlagen in diesem Niederspannungsnetz) nach der vorliegenden Richtlinie Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz angeschlossen und betrieben werden. Erzeugungsanlagen sind zum Beispiel: Wasserkraftanlagen, Photovoltaikanlagen (PV-Anlagen), Generatoren, die von Wärmekraftmaschinen angetrieben werden, z. B. in Blockheizkraftwerken (BHKW), Brennstoffzellenanlagen. Die elektrische Energie kann von Synchron- oder Asynchrongeneratoren mit oder ohne Umrichter oder von Gleichstromgeneratoren (z. B. Solarzellen von Photovoltaikanlagen) mit Umrichtern erzeugt werden. Die maximale Anschlussscheinleistung, bis zu der ein Anschluss an das Niederspannungsnetz möglich ist, hängt von der Art und der Betriebsweise der Erzeugungsanlage sowie von den Netzverhältnissen ab. Diese Anwendungsregel gilt auch für Ersatzstromanlagen (Notstromaggregate), deren Parallelbetrieb mit dem öffentlichen Netz über den zur Synchronisierung zugelassenen Kurzzeitparallelbetrieb von 100 ms hinausgeht. Alle Anforderungen dieser Anwendungsregel sind von den Erzeugungsanlagen ab dem 1. Januar 2011 einzuhalten (es gilt das Inbetriebsetzungsdatum der Erzeugungsanlage). Übergangsfristen für die Drehstrom- Einspeisung von über Umrichter an das Netz angeschlossene Erzeugungsanlagen sind in 4.6.2, für die statische Spannungshaltung in beschrieben. Für bestehende Erzeugungsanlagen gilt Bestandsschutz. 1.2 Bestimmungen und Vorschriften Erzeugungsanlagen sind unter Beachtung der jeweils gültigen Bestimmungen und Vorschriften so zu errichten und zu betreiben, dass sie für den Parallelbetrieb mit dem Niederspannungsnetz des Netzbetreibers geeignet sind und unzulässige Rückwirkungen auf das Netz oder andere Kundenanlagen ausgeschlossen werden. Dazu gehört u. a. auch, dass die maximale Scheinleistung einer Erzeugungsanlage S Amax nicht überschritten wird. Für die Errichtung und den Betrieb der elektrischen Anlagen sind einzuhalten: 3) Siehe Technische Richtlinie Erzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz, herausgegeben vom BDEW. 7

8 E VDE-AR-N 4105: Entwurf die jeweils gültigen gesetzlichen und behördlichen Vorschriften; die gültigen DIN-Normen und DIN-VDE-Normen, insbesondere die DIN VDE 0100 und damit auch die europäisch harmonisierte DIN VDE ; die Arbeitsschutz- und Unfallverhütungsvorschriften der zuständigen Berufsgenossenschaften; die Bestimmungen und Richtlinien des Netzbetreibers, insbesondere die Technischen Anschlussbedingungen (TAB). Gemäß 13 Niederspannungsanschlussverordnung 4) dürfen alle Arbeiten an der elektrischen Anlage hinter der Hausanschlusssicherung nur durch einen in ein Installateurverzeichnis der Netzbetreiber eingetragenen Elektroinstallateur vorgenommen werden. Ausgenommen hiervon sind gemäß 13 Niederspannungsanschlussverordnung Instandhaltungsarbeiten hinter der Messeinrichtung. Der Netzbetreiber kann in begründeten Einzelfällen Änderungen und Ergänzungen an zu errichtenden oder bestehenden Anlagen verlangen, soweit dies aus Gründen der sicheren und störungsfreien Versorgung notwendig ist. 1.3 Anmeldeverfahren und anschlussrelevante Unterlagen Der Netzbetreiber ist bereits in der Planungsphase mit einzubinden. Für die Anmeldung sind im Allgemeinen, unter Beachtung des nach TAB ) geltenden Anmeldeverfahrens, folgende Unterlagen rechtzeitig beim Netzbetreiber einzureichen: Anmeldung zum Netzanschluss (i. d. R. Vordruck des Netzbetreibers, ansonsten Vordruck Antragstellung in Anhang F.1). Lageplan, aus dem die Bezeichnung und die Grenzen des Grundstücks sowie der Aufstellungsort der Erzeugungsanlage hervorgehen. Datenblatt mit den technischen Daten der Anlage (siehe Anhang F.2). Für jede Erzeugungseinheit ein Konformitätsnachweis sowie den zugehörigen Prüfbericht. In diesem Konformitätsnachweis/Prüfbericht werden die elektrischen Eigenschaften der Erzeugungseinheit ausgewiesen und deren Konformität mit den Anforderungen der vorliegenden Richtlinie bestätigt (siehe Anhänge F.3 und F.5). Beschreibung der Schutzeinrichtungen gemäß Abschnitt 5 und ein Konformitätsnachweis für den Netzund Anlagenschutz sowie den zugehörigen Prüfbericht (NA-Schutz; siehe Abschnitt 5 bzw. die Anhänge F.4 und F.6). Übersichtsschaltplan des Anschlusses der Erzeugungsanlage an das Niederspannungsnetz mit den Daten der eingesetzten Betriebsmittel inkl. der Anordnung der Mess- und Schutzeinrichtungen. 1.4 Inbetriebsetzung der Erzeugungsanlage Die Inbetriebsetzung einer Erzeugungsanlage ohne Zustimmung des Netzbetreibers kann die Sicherheit des Netzbetriebes und die Spannungsqualität im Netz gefährden und ist nicht zulässig. Spätestens eine Woche vor der geplanten Inbetriebsetzung der Erzeugungsanlage übergibt der Anlagenerrichter dem Netzbetreiber den fertig ausgefüllten und unterschriebenen Inbetriebsetzungsauftrag (i. d. R. Vordruck des Netzbetreibers, ansonsten Vordruck Anmeldung zum Netzanschluss des VDN). Hierzu wendet der Anlagenerrichter das beim Netzbetreiber übliche Verfahren an. Zwischen Anlagenerrichter und Netzbetreiber sind der Termin der Inbetriebsetzung der Erzeugungsanlage und der Termin des erstmaligen Parallelbetriebes abzustimmen. 4) 5) Siehe Verordnung über Allgemeine Bedingungen für den Netzanschluss und dessen Nutzung für die Elektrizitätsversorgung in Niederspannung (Niederspannungsanschlussverordnung NAV). Siehe Technische Richtlinie Technische Anschlussbedingungen für den Anschluss an das Niederspannungsnetz TAB 2007, Ausgabe Juli 2007, herausgegeben vom VDN. 8

9 Entwurf E VDE-AR-N 4105: Bei Inbetriebsetzung von wärmegeführten KWK-Anlagen mit monovalenter Betriebsweise (kein weiterer Wärmeerzeuger vorhanden) ist eine möglichst rasche Inbetriebsetzung anzustreben. Die Inbetriebsetzung der Erzeugungsanlage nimmt der Anlagenerrichter vor. Netzbetreiber und Anlagenbetreiber stimmen ab, ob hierzu die Anwesenheit des Netzbetreibers erforderlich ist. Über die Inbetriebsetzung ist durch den Anlagenerrichter ein Inbetriebsetzungsprotokoll (siehe Anhang F.7) anzufertigen. Auf dem Inbetriebsetzungsprotokoll ist vom Anlagenerrichter zu bestätigen, dass die Erzeugungsanlage nach den in dieser Richtlinie aufgeführten technischen Anschlussbedingungen errichtet wurde. Das ausgefüllte Inbetriebsetzungsprotokoll verbleibt beim Anlagenbetreiber und ist zum Nachweis der durchgeführten Prüfungen aufzubewahren. Dem Netzbetreiber ist eine Kopie auszuhändigen. Bei der Inbetriebsetzung der Erzeugungsanlage ist wie folgt vorzugehen: Besichtigung der Anlage; Vergleich des Anlagenaufbaus mit der Planungsvorgabe; Vergleich des Aufbaus der Abrechnungsmessung mit den vertraglichen und technischen Vorgaben; Durchführen einer Anlaufkontrolle der Zähler für Bezug und Lieferung; Überprüfung der Zuschaltbedingung nach 7.3; Überprüfung der Zu- und Abschaltung der Kompensationsanlage mit dem zugehörigen Generator (wenn vorhanden); Überprüfung der technischen Einrichtung zur Reduzierung der Einspeiseleistung im Rahmen des Erzeugungs-/Netzsicherheitsmanagements; Überprüfung der Einrichtung zur Überwachung der maximalen Anschlussscheinleistung (wenn die Überwachung vom Netzbetreiber gefordert wird). Im Falle des zentralen NA-Schutzes (Netz- und Anlagenschutz; siehe Abschnitt 5) ist weiterhin zur Prüfung des Auslösekreises NA-Schutz Kuppelschalter vom Anlagenerrichter ein Auslösetest vorzunehmen. Der zentrale NA-Schutz verfügt dazu über eine Prüftaste, deren Betätigung den Kuppelschalter auslöst. Am Kuppelschalter muss die Auslösung visualisiert sein. Der Einstellwert für den Spannungssteigerungsschutz U> in dem NA-Schutz, der dem Netzanschluss am nächsten liegt (dies kann der zentrale, aber auch der integrierte NA-Schutz sein), ist die Einstellung auf 1,1 U n zu kontrollieren und ggfs. zu ändern und im Inbetriebsetzungsprotokoll F.7 zu dokumentieren. Sowohl zentraler als auch integrierter NA-Schutz sind nach der Inbetriebsetzung der Erzeugungsanlage zu plombieren oder mit einem Passwortschutz zu versehen. Das Passwort darf dem Anlagenbetreiber nicht zugänglich gemacht werden. Treten bei der Inbetriebsetzung der Erzeugungsanlage unzulässige Netzrückwirkungen im Netz des Netzbetreibers auf, die der Netzbetreiber eindeutig der Erzeugungsanlage zuordnen kann, ist die Einhaltung der zulässigen Grenzwerte in 4.4 Netzrückwirkungen auf Anforderung des Netzbetreibers durch den Anlagenbetreiber nachzuweisen. 2 Normative Verweisungen Die folgenden zitierten Dokumente sind für die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschließlich aller Änderungen). DIN , Elektrische Anlagen in Wohngebäuden Teil 2: Art und Umfang der Mindestausstattung DIN , Zählerplätze Verdrahtungen DIN EN 50160, Merkmale der Spannung in öffentlichen Elektrizitätsversorgungsnetzen 9

10 E VDE-AR-N 4105: Entwurf DIN EN (VDE 0102), Kurzschlussströme in Drehstromnetzen Teil 0: Berechnung der Ströme DIN EN (VDE ), Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) Teil 3-2: Grenzwerte Grenzwerte für Oberschwingungsströme (Geräte-Eingangsstrom 16 A je Leiter) DIN EN (DIN VDE ), Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) Teil 3-3: Grenzwerte Begrenzung von Spannungsänderungen, Spannungsschwankungen und Flicker in öffentlichen Niederspannungs-Versorgungsnetzen für Geräte mit einem Bemessungsstrom 16 A je Leiter, die keiner Sonderanschlussbedingung unterliegen DIN EN (DIN VDE ), Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) Teil 3-11: Grenzwerte; Begrenzung von Spannungsänderungen, Spannungsschwankungen und Flicker in öffentlichen Niederspannungs-Versorgungsnetzen Geräte und Einrichtungen mit einem Bemessungsstrom 75 A, die einer Sonderanschlussbedingung unterliegen DIN EN (VDE ), Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) Teil 3-12: Grenzwerte Grenzwerte für Oberschwingungsströme, verursacht von Geräten und Einrichtungen mit einem Eingangsstrom 16 A und 75 A je Leiter, die zum Anschluss an öffentliche Niederspannungsnetze vorgesehen sind DIN EN , Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) Teil 4-7: Prüf- und Messverfahren Allgemeiner Leitfaden für Verfahren und Geräte zur Messung von Oberschwingungen und Zwischenharmonischen in Stromversorgungsnetzen und angeschlossenen Geräten DIN EN (VDE ), Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) Teil 4-30: Prüf- und Messverfahren Verfahren zur Messung der Spannungsqualität DIN VDE , Errichten von Niederspannungsanlagen Teil 4: Schutzmaßnahmen Kapitel 46: Trennen und Schalten DIN VDE 0100, Errichten von Niederspannungsanlagen VDE , Errichten von Starkstromanlagen mit Nennspannungen bis V Schutzmaßnahmen Schutz gegen thermische Einflüsse DIN VDE , Elektrische Anlagen von Gebäuden Teil 5: Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel Kapitel 55: Andere Betriebsmittel Hauptabschnitt 551: Niederspannungs-Stromerzeugungsanlagen DIN VDE 0105, Betrieb von Starkstromanlagen 3 Begriffe 3.1 Anlagenbetreiber im Sinne dieser Richtlinie der Unternehmer oder eine von ihm beauftragte natürliche oder juristische Person, die die Unternehmerpflicht für den sicheren Betrieb und ordnungsgemäßen Zustand der Kundenanlage wahrnimmt 3.2 Anlagenerrichter Errichter einer elektrischen Anlage im Sinne der TAB ist sowohl derjenige, der eine elektrische Anlage errichtet, erweitert, ändert oder unterhält, als auch derjenige, der sie zwar nicht errichtet, erweitert, geändert oder unterhalten hat, jedoch die durchgeführten Arbeiten als Sachverständiger überprüft hat und die Verantwortung für deren ordnungsgemäße Ausführung übernimmt 3.3 Anschlussnehmer jede natürliche oder juristische Person (z. B. Eigentümer), deren elektrische Anlage unmittelbar über einen Anschluss mit dem Netz des Netzbetreibers verbunden ist. Sie steht in einem Rechtsverhältnis zum Netzbetreiber 10

11 Entwurf E VDE-AR-N 4105: Automatische Wiedereinschaltung AWE von einer automatischen Einrichtung gesteuerte Wiedereinschaltung des einem fehlerbehafteten Teil des Netzes zugeordneten Leistungsschalters, mit der Erwartung, dass der Fehler während der Unterbrechungszeit verschwindet 3.5 Drehstromsystem Ideales Drehstromsystem siehe Ende dieses Abschnitts 3.6 Erzeugungsanlage alle an einem Netzanschluss/Hausanschluss angeschlossenen Erzeugungseinheiten eines Primärenergieträgers (z. B. alle PV-Einheiten) werden als eine Erzeugungsanlage bezeichnet ANMERKUNG Formelzeichen, die sich auf die Erzeugungsanlage beziehen, erhalten den Index A. 3.7 Erzeugungseinheit einzelne Einheit zur Erzeugung elektrischer Energie. Bei einer Photovoltaik-Einheit z. B. ist dies der Umrichter inkl. der (aus Netz-Sicht) nachgeschalteten Komponenten/Solarmodule. Eine Photovoltaik-Erzeugungsanlage mit zwei fest an den Zählerplatz angeschlossenen Umrichtern besteht also aus zwei Erzeugungseinheiten ANMERKUNG Formelzeichen, die sich auf die Erzeugungseinheit beziehen, erhalten den Index E. 3.8 Flicker über die Wirkungskette elektrische Lampe Auge Gehirn entstehender subjektiver Eindruck von Schwankungen der Leuchtdichte (der beleuchteten Objekte), der durch Spannungsschwankungen hervorgerufen wird 3.9 Flicker Kurzzeit-Flickerstärke P st Größe zur Bewertung flickerwirksamer Spannungsschwankungen eines Zeitintervalls von 10 Minuten ANMERKUNG Der Index st bedeutet dabei short term, Kurzzeit Flicker Langzeit-Flickerstärke P lt Größe zur Bewertung flickerwirksamer Spannungsschwankungen eines Zeitintervalls von 120 Minuten ANMERKUNG Der Index lt bedeutet dabei long term, Langzeit Kundenanlage eine Kundenanlage ist die elektrische Anlage nach 13 und 14 NAV. Sie ist die Gesamtheit aller elektrischen Betriebsmittel hinter der Übergabestelle mit Ausnahme der Messeinrichtung und dient der Versorgung der Anschlussnutzer 3.12 Mittelspannungsnetz im Sinne dieser Richtlinie Netze der Netzbetreiber mit einer Nennspannung > 1 kv bis < 60 kv 11

12 kvs E VDE-AR-N 4105: Entwurf 3.13 Netzanschlusspunkt Netzpunkt, an dem die Kundenanlage an das Netz des Netzbetreibers angeschlossen ist. Der Netzanschlusspunkt hat vor allem Bedeutung im Zusammenhang mit der Netzplanung. Eine Unterscheidung zwischen Netzanschlusspunkt und Verknüpfungspunkt ist nicht in allen Fällen erforderlich 3.14 Niederspannungsnetz im Sinne dieser Richtlinie Netze der Netzbetreiber mit einer Nennspannung 1 kv 3.15 Kurzschlussleistung S kfür die Berechnung der Kurzschlussfestigkeit gemäß DIN EN (VDE 0102) 6) maßgebende Anfangs- Kurzschlusswechselstromleistung: Sk = 3* Un * Ik 3.16 Kurzschlussleistung Netzkurzschlussleistung knetzseitig anstehende Kurzschlussleistung, ohne den Anteil der anzuschließenden Erzeugungsanlage 3.17 Kurzschlussleistung Netzkurzschlussleistung NS für die Berechnung von Netzrückwirkungen maßgebende, auf dem Dauerkurzschlussstrom beruhende Kurzschlussleistung des Netzes am Verknüpfungspunkt ANMERKUNG Vgl. hierzu Technische Regel 7). Sie ist im Allgemeinen niedriger als die Kurzschlussleistung, die zur Bemessung der Kurzschlussfestigkeit von Anlagen herangezogen wird Kurzschlussstrom ki Anfangs-Kurzschlusswechselstrom gemäß DIN EN (VDE 0102) 3.19 Leistung Wirkleistung P elektrische Leistung, die für die Erzeugung elektrischer Energie maßgebend ist und die für die Umwandlung in andere Leistungen (z. B. mechanische, thermische oder chemische) verfügbar ist ANMERKUNG Dies ist die vom Hersteller angegebene Nennleistung der Erzeugungseinheit bei Nennbedingungen Leistung Maximale Wirkleistung P Emax höchste Wirkleistung einer Erzeugungseinheit. Ergibt sich als höchstmöglicher Mittelwert während eines definierten Zeitraumes von 10 Minuten 6) 7) DIN EN (VDE 0102) Kurzschlussströme in Drehstromnetzen. Technische Regeln zur Beurteilung von Netzrückwirkungen, 2. Ausgabe 2007, herausgegeben vom VDN. 12

13 Entwurf E VDE-AR-N 4105: Leistung Maximale Wirkleistung P Amax höchste Wirkleistung einer Erzeugungsanlage. Ergibt sich aus der Summe der maximalen Wirkleistungen der Erzeugungseinheiten ( PAmax = PEmax ) 3.22 Leistung Blindleistung Q Anteil der Scheinleistung, der nicht zur Erzeugung elektrischer Energie beiträgt. Sie ist das Produkt aus Scheinleistung und Sinus des Phasenverschiebungswinkels ϕ zwischen den Grundschwingungen der Leiter-Sternpunkt-Spannung U und des Stroms I 3.23 Leistung Scheinleistung S Produkt der Effektivwerte aus Betriebsspannung, Strom und (bei Drehstromanschluss) dem Faktor bei Einphasenanschluss dem Faktor und 3.24 Leistung maximale Scheinleistung einer Erzeugungsanlage S Amax die maximale Wirkleistung der Erzeugungsanlage P Amax geteilt durch den vom Netzbetreiber vorgegebenen Verschiebungsfaktor cos ϕ P S Amax Amax = cosϕ ANMERKUNG Sie ist Grundlage für die Netzanschlussprüfung Leistung Maximale Scheinleistung einer Erzeugungseinheit S Emax die maximale Wirkleistung der Erzeugungseinheit P Emax geteilt durch den vom Netzbetreiber vorgegebenen Verschiebungsfaktor cos ϕ P S Emax Emax = cos 3.26 Leistung Bemessungsscheinleistung S re Scheinleistung, für die die Komponenten der Erzeugungseinheit bemessen sind 3.27 Leistungsfaktor λ Verhältnis des Betrages der Wirkleistung P zur Scheinleistung S: ϕ λ = P S Dabei bezieht λ sich genauso wie P und S auf die Effektivwerte jeweils der gesamten Wechselgröße, also auf die Summe ihrer Grundschwingung und aller Oberschwingungen 13

14 E VDE-AR-N 4105: Entwurf 3.28 Netzbetreiber Betreiber eines Netzes der allgemeinen Versorgung für elektrische Energie 3.29 Netzimpedanzwinkel ψ k Arcustangens des Verhältnisses aus Reaktanz X k zu Widerstand R k der Kurzschlussimpedanz am betrachteten Netzpunkt, ψ k = arctan (X k /R k ) 3.30 Oberschwingung (Harmonische) sinusförmige Schwingung, deren Frequenz ein ganzzahliges Vielfaches der Grundfrequenz (50 Hz) ist 3.31 Schaltstromfaktor Maximaler Schaltstromfaktor K imax Verhältnis des größten während eines Schaltvorganges auftretenden Stromes (z. B. Anzug- oder Zuschaltstrom oder der größte betriebsmäßige Abschaltstrom) zum Generator-Bemessungsstrom I re. Hierbei ist der Strom als Effektivwert über eine Periode zu verstehen 3.32 Schutzeinrichtung Einrichtung, die ein oder mehrere Schutzrelais sowie soweit erforderlich Logikbausteine enthält, um eine oder mehrere vorgegebene Schutzfunktionen auszuführen 3.33 Selbstüberwachung Funktion, die üblicherweise innerhalb der Schutzeinrichtung durchgeführt wird und dazu vorgesehen ist, Fehler innerhalb und außerhalb der Schutzeinrichtung automatisch festzustellen 3.34 Spannung Bemessungsspannung U r Spannung eines Gerätes oder einer Einrichtung, für die das Gerät oder die Einrichtung zum dauerhaften Betrieb durch eine Norm oder vom Hersteller ausgelegt ist 3.35 Spannung Betriebsspannung U b Spannungen bei Normalbetrieb zu einem bestimmten Zeitpunkt an einer bestimmten Stelle des Netzes. In dieser Anwendungsregel der Effektivwert (10-min-Mittelwert) der verketteten Spannung 3.36 Spannung Nennspannung U n Spannung, durch die ein Netz oder eine Anlage bezeichnet oder identifiziert wird 3.37 Spannungsänderung ΔU max Langsame Spannungsänderung: Eine Erhöhung oder Abnahme der Spannung (10-Minuten-Mittel des Effektivwertes), üblicherweise aufgrund von Änderungen der Gesamtlast/der Gesamteinspeisung in einem Netz oder in einem Teil des Netzes. Schnelle Spannungsänderung: Eine einzelne schnelle Änderung des Effektivwertes einer Spannung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Spannungswerten mit jeweils bestimmter, aber nicht festgelegter Dauer. 14

15 Entwurf E VDE-AR-N 4105: Bei Angabe einer relativen Spannungsänderung wird die Spannungsänderung der verketteten Spannung auf die Spannung, Betriebsspannung des Netzes bezogen: ΔU Δ u = max Ub 3.38 Strom Bemessungsstrom I r Strom eines Gerätes oder einer Einrichtung, für den das Gerät oder die Einrichtung zum dauerhaften Betrieb durch eine Norm oder vom Hersteller ausgelegt ist 3.39 Strom Blindstrom I b Anteil des Stromes, der nicht zur Wirkleistung beiträgt. Blindströme haben eine Phasenlage von ± 90 zu den Leiter-Sternpunkt-Spannungen 3.40 Strom Kurzschlussstrom I kanfangs-kurzschlusswechselstrom gemäß DIN EN (VDE 0102) 8) 3.41 Übererregt Betriebszustand eines Synchrongenerators, bei dem der Generator kapazitive Blindleistung aus dem Netz aufnimmt (vgl. 8.6) 3.42 Übergabepunkt Netzpunkt, der die Grenze zwischen dem Verantwortungsbereich des Netzbetreibers und dem des Betreibers der Anschlussanlage bildet. Der Übergabepunkt hat vor allem Bedeutung für die Betriebsführung. Er ist nicht in jedem Fall identisch mit der Eigentumsgrenze 3.43 Übersetzungsverhältnis ü Quotient aus Bemessungsspannungen der Ober- zur Unterspannung von Transformatoren 3.44 Untererregt Betriebszustand eines Synchrongenerators, bei dem der Generator induktive Blindleistung aus dem Netz aufnimmt (vgl. 8.6) 3.45 Verknüpfungspunkt der Kundenanlage am nächsten gelegene Stelle im Netz der allgemeinen Versorgung, an der weitere Kundenanlagen angeschlossen sind oder angeschlossen werden können. In der Regel ist er gleich dem Netzanschlusspunkt. Der Verknüpfungspunkt findet Anwendung bei der Beurteilung von Netzrückwirkungen 3.46 Verschiebungsfaktor cos ϕ in diesem Leitfaden der Cosinus des Phasenwinkels zwischen den Grundschwingungen der Leiter-Sternpunkt-Spannung und des Stromes 8) DIN EN (VDE 0102) Kurzschlussströme in Drehstromnetzen. 15

16 E VDE-AR-N 4105: Entwurf 3.47 Zwischenharmonische sinusförmige Schwingung, deren Frequenz kein ganzzahliges Vielfaches der Grundfrequenz (50 Hz) ist. Zwischenharmonische können auch im Frequenzbereich zwischen 0 Hz und 50 Hz auftreten 3.48 Ideales Drehstromsystem ein ideales Drehstromsystem ist ein symmetrisches Dreiphasensystem mit folgenden Eigenschaften: 1) elektrische Symmetrie der Erzeugungseinheiten, d. h. a) die Effektivwerte der drei Stern- bzw. Leiterspannungen sind jeweils gleich groß, b) alle Spannungen besitzen dieselbe Frequenz f bzw. Kreisfrequenz ϖ = 2 πf, c) die Phasenverschiebung zwischen den jeweiligen Spannungen beträgt jeweils 120 ; 2) symmetrisch aufgebaute Betriebsmittel, d. h. jeweils gleiche Mit- und Gegenimpedanzen; 3) symmetrische Belastung 3.49 Reales Drehstromsystem in einem realen Drehstromnetz kann die Symmetrie der Netzspannungen durch den Einfluss unsymmetrischer Lasten und unsymmetrisch einspeisender Erzeugungsanlagen gestört sein. Durch unsymmetrische Lasten oder unsymmetrisch einspeisende Erzeugungsanlagen werden in einem symmetrischen Drehspannungssystem unsymmetrische Ströme hervorgerufen, die wegen der daraus entstehenden Spannungsfälle auch zu unsymmetrischen Spannungen im Netz führen. Die maximale Höhe der Spannungsunsymmetrie ist als Produktmerkmal der Netzspannung in der EN festgelegt 4 Netzanschluss 4.1 Grundsätze für die Festlegung des Netzanschlusspunkts Erzeugungsanlagen sind an einem geeigneten Punkt im Netz, dem Netzanschlusspunkt, anzuschließen. Anhand der in 1.3 aufgeführten Unterlagen ermittelt der Netzbetreiber den geeigneten Netzanschlusspunkt, der auch unter Berücksichtigung der Erzeugungsanlage einen sicheren Netzbetrieb gewährleistet und an dem die beantragte Leistung aufgenommen und übertragen werden kann. Entscheidend für eine Netzanschlussbeurteilung ist stets das Verhalten der Erzeugungsanlage am Netzanschlusspunkt bzw. am Verknüpfungspunkt. Damit soll sichergestellt werden, dass die Erzeugungsanlage ohne störende Rückwirkungen betrieben und die Versorgung anderer Kunden nicht beeinträchtigt wird. Beispiele für die Anschlussbeurteilung von Erzeugungsanlagen sind in Anhang E aufgeführt. Ist für den Anschluss der Erzeugungsanlage an das allgemeine Netz des Netzbetreibers eine separate Netzanschlussleitung erforderlich, muss der Anschluss auch über eine separate Übergabestelle erfolgen, die nach TAB 2007 auszuführen ist. Befinden sich Erzeugungs- und Verbrauchsanlage in einem Gebäude, ist die Übergabestelle für die Erzeugungsanlage in unmittelbarer räumlicher Nähe zum Hausanschlusskasten für die Verbrauchsanlage des Kunden zu installieren und mit der Aufschrift Trennung der Erzeugungsanlage vom Netz zu kennzeichnen. Es ist sicherzustellen, dass die Erzeugungsanlage von der übrigen Verbrauchsanlage des Kunden elektrisch eindeutig getrennt ist. Mehrere Erzeugungsanlagen, die auf unterschiedlichen Gebäuden oder auf unterschiedlichen Grundstücken installiert sind, können nicht zusammengefasst an einem Anschlusspunkt an das Netz des Netzbetreibers angeschlossen werden. Die Beurteilung der Anschlussmöglichkeit unter dem Gesichtspunkt der Netzrückwirkungen erfolgt anhand der Impedanz des Netzes am Verknüpfungspunkt (Netzkurzschlussleistung, Resonanzen), der maximalen Anschlussscheinleistung sowie der Art und Betriebsweise der Erzeugungsanlage. Dabei wird der normale Schaltzustand und der ungestörte Betrieb des Netzes zugrunde gelegt. Sofern mehrere Erzeugungsanlagen im gleichen Niederspannungsnetz angeschlossen sind, muss deren Gesamtwirkung betrachtet werden. Bei wartungs- oder störungsbedingten Schaltungsänderungen kann es für den ermittelten Netzanschlusspunkt 16

17 Entwurf E VDE-AR-N 4105: erforderlich sein, die Erzeugungsanlage vorübergehend in ihrer Leistung zu reduzieren oder vom Netz abzuschalten. Anschlussbeispiele befinden sich in Anhang B. 4.2 Bemessung der Netzbetriebsmittel Erzeugungsanlagen können durch ihre Betriebsweise eine höhere Belastung von Leitungen, Transformatoren und anderen Betriebsmitteln des Netzes verursachen. Daher überprüft der Netzbetreiber die Übertragungsfähigkeit der Netzbetriebsmittel im Hinblick auf die angeschlossenen Erzeugungsanlagen nach den einschlägigen Bemessungsvorschriften. Es ist mit der maximalen Anschlussscheinleistung S Amax und dem Belastungsgrad m = 1 zu rechnen. Ausnahme sind erdverlegte Hausanschlusskabel für den Anschluss von Photovoltaikanlagen; hier ist mit dem Belastungsgrad m = 0,7 zu rechnen. 4.3 Zulässige Spannungsänderung Im ungestörten Betrieb des Netzes darf der Betrag der von allen Erzeugungsanlagen mit Anschlusspunkt in einem Niederspannungsnetz verursachten Spannungsänderung an keinem Verknüpfungspunkt in diesem Netz einen Wert von 3 % gegenüber der Spannung ohne Erzeugungsanlagen überschreiten: Δu a 3 % (1) ANMERKUNG 1 Nach Maßgabe des Netzbetreibers und ggfs. unter Berücksichtigung der Möglichkeiten der statischen Spannungshaltung kann im begründeten Einzelfall von dem Wert von 3 % abgewichen werden. ANMERKUNG 2 Abhängig vom resultierenden Verschiebungsfaktor aller Erzeugungsanlagen kann die Spannungsänderung positiv oder negativ werden, also eine Spannungsanhebung oder -absenkung erfolgen. ANMERKUNG 3 Bei der Berechnung der Spannungsänderung ist der Verschiebungsfaktor zu berücksichtigen, der bei der maximalen Anschlussscheinleistung der Erzeugungsanlage S Amax vom Netzbetreiber vorgegeben wird. Bei vermaschten Niederspannungsnetzen und hohen, räumlich verteilten Einspeiseleistungen wird eine Berechnung der Spannungsänderungen mithilfe der komplexen Lastflussrechnung empfohlen. 4.4 Netzrückwirkungen Allgemeines Die elektrischen Einrichtungen der Kundenanlage sind so zu planen, zu bauen und zu betreiben, dass Rückwirkungen auf das Netz des Netzbetreibers und die Anlagen anderer Kunden auf ein zulässiges Maß dauerhaft begrenzt werden. Treten trotzdem störende Rückwirkungen auf das Netz des Netzbetreibers auf, so hat der Kunde in seiner Anlage Maßnahmen zu treffen, die mit dem Netzbetreiber abzustimmen sind. Der Netzbetreiber ist berechtigt, die Erzeugungsanlage bis zur Behebung der Mängel vom Netz zu schalten Schnelle Spannungsänderungen Die durch die gleichzeitige Zu- oder Abschaltung von Erzeugungseinheiten bedingten Spannungsänderungen am Verknüpfungspunkt führen nicht zu unzulässigen Netzrückwirkungen, wenn die maximale Spannungsänderung den Wert von 3 % (bezogen auf U n ) am Verknüpfungspunkt nicht überschreitet, d. h. wenn und dabei nicht häufiger als einmal in 8 Minuten geschaltet wird. u max 3 % (2) In Abhängigkeit von der Netzkurzschlussleistung S kv am Verknüpfungspunkt und der maximalen Anschlussscheinleistung S Emax der geschalteten Erzeugungseinheit und dem Verhältnis von Anlaufstrom I a zum Bemessungsstrom I re lässt sich die Spannungsänderung folgendermaßen abschätzen: 17

18 E VDE-AR-N 4105: Entwurf SEmax Ia S Δ u Emax max = kim = (3) SkV IrE SkV Flicker Mit Flicker wird ein Phänomen bezeichnet, das durch Spannungsschwankungen gekennzeichnet ist, deren Frequenz und Amplitude eine derartige Höhe besitzen, dass die von dieser Spannung gespeisten Lampen störende Helligkeitsschwankungen aufweisen. Einzelheiten sind der Literaturstelle 9) zu entnehmen. Messgröße und Beurteilungskriterium für Flicker, der von Erzeugungsanlagen verursacht wird, ist die Langzeit- Flickerstärke P lt. Rückwirkungen gelten für Erzeugungsanlagen mit Bemessungsströmen 75 A als ausreichend begrenzt, wenn die Grenzwerte der Normen DIN EN (DIN VDE ) bzw. DIN EN (DIN VDE ) eingehalten werden. Liegt dieser Nachweis nicht vor, darf die von der Gesamtheit aller Erzeugungsanlagen im Niederspannungsnetz am ungünstigsten Verknüpfungspunkt bewirkte Flickerstärke folgenden Wert nicht überschreiten: Langzeit-Flickerstärke: P lt = 0,5 (4) Dieser Wert gilt auch für Erzeugungsanlagen mit Bemessungsströmen > 75 A Oberschwingungen und Zwischenharmonische Die von Erzeugungsanlagen erzeugten Ströme der Oberschwingungen und Zwischenharmonischen sind Bestandteil des Konformitätsnachweises (siehe Abschnitt 8). Rückwirkungen für Erzeugungsanlagen/-einheiten gelten als ausreichend begrenzt, wenn bei Bemessungsströmen 16 A je Leiter die Grenzwerte der Klasse A (Tabelle 1) der Norm DIN EN (VDE ); bei Bemessungsströmen > 16 A und 75 A je Leiter die Grenzwerte der Tabellen 2 und 3 der Norm DIN EN (VDE ) eingehalten werden. Falls in den genannten Normen spezifische Grenzwerte für Erzeugungsanlagen ausgewiesen werden, sind diese anzuwenden. Falls die Grenzwerte der Norm DIN EN bzw. DIN EN nicht eingehalten werden, errechnen sich die maximal zulässigen Oberschwingungsströme einer Erzeugungsanlage aus den bezogenen Oberschwingungsströmen i ν zul der Tabelle 1 multipliziert mit der Netzkurzschlussleistung am Verknüpfungspunkt (ohne Kurzschlussleistungs-Beitrag der Erzeugungsanlage): Iνzul iνzul SkV Tabelle 1 gilt auch für Erzeugungsanlagen mit Bemessungsströmen > 75 A. = (5) Sind an diesem Netzverknüpfungspunkt mehrere Erzeugungsanlagen wirksam, so ergeben sich die nach Tabelle 1 zu bewertenden Ströme aus der Überlagerung der Einzelströme gemäß A ) Technische Regeln zur Beurteilung von Netzrückwirkungen, 2. Ausgabe 2007, herausgegeben vom VDN. 18

19 Entwurf E VDE-AR-N 4105: Tabelle 1 Auf die Netzkurzschlussleistung S kv bezogene zulässige Oberschwingungsströme, die in einen Netzanschlusspunkt eingespeist werden dürfen Ordnungszahl ν, μ Zulässiger, bezogener Oberschwingungsstrom i ν, μ zul in A/MVA , ,7 11 0,5 13 0,4 17 0,3 19 0, ,2 25 0,15 25 < ν < 40 a 0,15 25/ν geradzahlige 1,5/ν a b μ < 40 μ,ν > 40 b Ungeradzahlige. 1,5/ν 4,5/ν Ganzzahlig und nicht ganzzahlig innerhalb einer Bandbreite von 200 Hz mit der Mittenfrequenz ν. Messung gemäß DIN EN ). Oberschwingungsströme sind gemäß DIN EN zu messen. ANMERKUNG Von der in der Norm DIN EN aufgeführten Verfahren sind anzuwenden: bei Oberschwingungen: Effektivwerte von Oberschwingungs-Untergruppen; bei Zwischenharmonischen: Effektivwerte von zentrierten zwischenharmonischen Untergruppen. Oberschwingungsströme, die aufgrund einer verzerrten Netzspannung in die Erzeugungsanlage fließen (z. B. in Filterkreise), werden nicht der Erzeugungsanlage zugerechnet. Gleiches gilt, wenn die Erzeugungsanlage als aktives Oberschwingungsfilter arbeitet und durch ihre Arbeitsweise eine kontinuierliche Reduzierung der in der Netzspannung vorhandenen Oberschwingungsspannungen bewirkt. Rundsteuersysteme dürfen dabei nicht unzulässig beeinflusst werden (siehe 4.4.7) Spannungsunsymmetrien Werden mehrere einphasige Erzeugungsanlagen an einem Netzanschlusspunkt angeschlossen, ist eine gleichmäßige Verteilung der eingespeisten Leistung auf die drei Außenleiter anzustreben, wobei eine Unsymmetrie von maximal 4,6 kva einzuhalten ist Kommutierungseinbrüche Die relative Tiefe von Kommutierungseinbrüchen d kom durch netzgeführte Umrichter darf am Verknüpfungspunkt im ungünstigsten Betriebszustand den Wert von d kom = 5 % (6) 10) DIN EN : Prüf- und Messverfahren Allgemeiner Leitfaden für Verfahren und Geräte zur Messung von Oberschwingungen und Zwischenharmonischen in Stromversorgungsnetzen und angeschlossenen Geräten. 19

20 E VDE-AR-N 4105: Entwurf nicht überschreiten (d kom = ΔU kom /Û n mit Û n = der Scheitelwert der Nennspannung U n ) Tonfrequenz-Rundsteuerung Tonfrequenz-Rundsteueranlagen (TRA) werden üblicherweise mit Frequenzen zwischen ca. 100 Hz und Hz betrieben. Die örtlich verwendete Rundsteuerfrequenz ist beim Netzbetreiber zu erfragen. Die Sendepegel der Tonfrequenzimpulse liegen normalerweise bei etwa 1 % U n bis 4 % U n. Grundsätzlich können Erzeugungsanlagen durch eine zusätzliche Belastung der Rundsteuersendeanlagen oder durch eine unzulässig starke Reduzierung des Steuerpegels im Netz des Netzbetreibers die Rundsteueranlagen unzulässig beeinflussen. Grundsätzlich gilt, dass der Tonfrequenzpegel durch den Betrieb von Erzeugungsanlagen in keinem Punkt eines Niederspannungsnetzes um mehr als 5 % gegenüber dem Betrieb ohne Erzeugungsanlagen abgesenkt werden darf, wobei Verbraucher- und Erzeugungsanlagen entsprechend ihrer Tonfrequenz-Impedanz zu berücksichtigen sind. Bei dieser Pegelabsenkung durch Erzeugungsanlagen ist zu berücksichtigen, dass Erzeugungsanlagen, die ihre Leistung über statische Umrichter ohne Filterkreise in das Netz einspeisen, in der Regel keine merkliche Absenkung des Rundsteuerpegels verursachen. Bei vorhandenen Filterkreisen oder Kompensationskondensatoren ist die Serienresonanz mit der Kurzschlussreaktanz des Transformators der Anlage zu überprüfen. Neben der Begrenzung der Pegelabsenkung dürfen auch keine unzulässigen Störspannungen erzeugt werden. Im Einzelnen gilt: Die von einer Erzeugungsanlage verursachte Störspannung, deren Frequenz der örtlich verwendeten Rundsteuerfrequenz entspricht oder in deren unmittelbarer Nähe liegt, darf den Wert von 0,1 % U n nicht übersteigen. Die von einer Erzeugungsanlage verursachte Störspannung, deren Frequenz auf den Nebenfrequenzen von ± 100 Hz zur örtlich verwendeten Rundsteuerfrequenz oder dazu in unmittelbarer Nähe liegt, darf am Verknüpfungspunkt nicht mehr als 0,3 % U n betragen. Diese Grenzwerte sowie nähere Einzelheiten können der Richtlinie Tonfrequenz-Rundsteuerung 11) entnommen werden. Falls eine Erzeugungsanlage den Betrieb der Rundsteueranlagen unzulässig beeinträchtigt, sind vom Betreiber der Erzeugungsanlage Maßnahmen zur Beseitigung der Beeinträchtigung zu treffen, auch wenn die Beeinträchtigungen zu einem späteren Zeitpunkt festgestellt werden Trägerfrequente Nutzung des Kundennetzes Betreibt der Anlagenbetreiber eine Anlage mit trägerfrequenter Nutzung seines Netzes, so ist durch geeignete Einrichtungen (z. B. Trägerfrequenzsperre) sicherzustellen, dass störende Beeinflussungen anderer Kundenanlagen sowie der Anlagen des Netzbetreibers vermieden werden. Das Netz des Netzbetreibers darf vom Kunden nur mit Genehmigung des Netzbetreibers zur trägerfrequenten Übertragung von Signalen mitbenutzt werden Vorkehrungen gegen Spannungsabsenkungen und -unterbrechungen Sind Erzeugungsanlagen gegen kurzzeitige Spannungsabsenkungen oder Versorgungsunterbrechungen empfindlich, sind vom Kunden geeignete Vorkehrungen zu treffen. 11) Tonfrequenz-Rundsteuerung, Empfehlung zur Vermeidung unzulässiger Rückwirkungen, 3. Ausgabe 1997, herausgegeben vom VDEW. 20

21 Entwurf E VDE-AR-N 4105: Anschlusskriterien Für die technische Ausführung des Anschlusses der Erzeugungsanlage bzw. der Kundenanlage mit einer Erzeugungsanlage sind die technischen Anschlussbedingungen des Netzbetreibers zu beachten. Innerhalb der Kundenanlage ist die Anschlussleitung der Erzeugungsanlage im Falle einer Volleinspeisung in das Netz des Netzbetreibers fest am Zählerplatz anzuschließen; der Zählerplatz ist dann nach gültiger TAB (derzeit TAB 2007) auszuführen. Dabei erfolgt die Einspeisung auf den Zählerplatz immer über den oberen Anschlussraum. Ausnahme bilden hier die Erzeugungsanlagen, die mit Überschusseinspeisung betrieben werden (z. B. nach 33 (2) EEG ) bzw. 4 (3a) KWK-G ) mit der Selbstverbrauchsregelung). In diesem Fall können die Erzeugungsanlagen auch in Unterverteilungen angeschlossen werden, Photovoltaikanlagen bis zu einer maximalen Wirkleistung P Amax von 30 kw. Die Zählerplätze für die Einspeisezähler Z2 (siehe Anschlussbeispiele in Anhang B) müssen dann nach gültiger TAB (derzeit TAB 2007) oder nach DIN VDE 0603 ausgeführt sein. Der Anschluss an einen Endstromkreis ist in keinem Fall zulässig. Der Anlagenerrichter muss dabei auch eine besondere Sorgfalt auf die Prüfung der Elektroinstallation hinsichtlich Leitungsdimensionierung und Schutz legen. Beispiele für Zählerplatz-Konfigurationen sind in Anhang C dargestellt. Der Anschluss einer Erzeugungsanlage an das Niederspannungsnetz des Netzbetreibers erfordert nach der novellierten DIN VDE keine jederzeit zugängliche Trennstelle mehr. Aus diesem Grund wird künftig bei dem Neuanschluss von Erzeugungsanlagen an das Netz des Netzbetreibers auf die jederzeit zugängliche Trennstelle verzichtet. Hieraus ergeben sich für den Netzbetreiber Konsequenzen hinsichtlich des Netzbetriebes (siehe Kapitel 7.2). Erzeugungsanlagen sind grundsätzlich als symmetrische dreiphasige Drehstromgeneratoren auszulegen und an das Netz anzuschließen (Eigenschaften eines Drehstromsystems sind in Kapitel 4.6, der Begriff Drehstromsystem ist in Kapitel 3 Begriffe erläutert). Erzeugungsanlagen können auch einphasig an das Netz angeschlossen werden, wenn je Netzanschluss die Summe aller einphasig angeschlossenen Erzeugungseinheiten (7) S 4,6 kva je Außenleiter Emax nicht übersteigt. Somit können maximal 3 4,6 kva = S 13,8 kva einphasig, verteilt auf die drei Emax Außenleiter, angeschlossen werden. Sobald die obigen Grenzwerte am Netzanschlusspunkt überschritten werden, ist jede weitere Erzeugungsanlage dreiphasig im Drehstromsystem anzuschließen. ANMERKUNG Die bisher gültige Regelung, dass PV-Anlagen maximal 110 % ihrer Umrichter-Nennleistung einspeisen dürfen, entfällt damit. Beispiele für den Anschluss von Erzeugungsanlagen sind in Anhang B dargestellt. 4.6 Drehstromnetz Mit Rücksicht auf die Erhaltung der symmetrischen Eigenschaften des Drehstromnetzes müssen Drehstrom- Erzeugungsanlagen die im Folgenden beschriebenen Eigenschaften aufweisen Drehstrom-Synchrongeneratoren Synchrongeneratoren erzeugen eine EMK bzw. Polradspannung (Leerlaufspannung), die den idealen Symmetriebedingungen genügt. 12) 13) Gesetz für den Vorrang Erneuerbarer Energien (Erneuerbare-Energien-Gesetz EEG) , Bundesgesetzblatt Jahrgang 2008, Teil I, Nr. 49, ausgeben zu Bonn, Gesetz zur Förderung der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK-G) , Bundesgesetzblatt Jahrgang 2008, Teil I, Nr. 49, ausgeben zu Bonn,

22 E VDE-AR-N 4105: Entwurf Bild 1 Polradspannung eines Synchrongenerators als ideales symmetrisches Dreiphasensystem Im Kurzschlussfall erfolgt eine Begrenzung der Ströme durch drei identische Innenwiderstände, die näherungsweise als reine Reaktanzen angenommen werden (Kurzschlussreaktanzen). Bild 2 zeigt das Ersatzschaltbild eines Synchrongenerators für den Kurzschlussfall. Bild 2 Ersatzschaltbild eines Synchrongenerators für den Kurzschlussfall. Bei einem =Vollpol-Synchrongenerator gilt näherungsweise: x dx g(p. u.) Bedingt durch die Symmetrie der Polradspannung und durch die kleine Kurzschlussreaktanz des Generators dx << 1) führen unsymmetrische Ströme bei Synchrongeneratoren nur zu kleinen Unsymmetrien an den (Klemmenspannungen des Generators. Die Generatoren sind in symmetrischen Komponenten ausgedrückt in der Lage, Ströme nicht nur im Mitsystem, sondern auch im Gegensystem und bei entsprechendem Anschluss auch im Nullsystem zu liefern. Durch die eingespeisten Ströme des Generators wird auf diese Weise der Spannungsunsymmetrie entgegen gewirkt Drehstrom-Umrichteranlagen Bei Drehstrom-Erzeugungsanlagen mit Netzeinspeisung über Umrichter ist die Leistung dreiphasig symmetrisch in die drei Außenleiter einzuspeisen. Falls die Drehstrom-Erzeugungsanlage aus einzelnen einphasigen Generatoren besteht, müssen diese kommunikativ gekoppelt betrieben werden. Erzeugungsanlagen, die vor dem in Betrieb gesetzt werden, dürfen einphasig bis zu einer maximalen Unsymmetrie von 4,6 kva ausgeführt werden. Mittelfristig müssen die Drehstrom-Umrichteranlagen die drehstrom-technischen Fähigkeiten der Drehstrom-Synchrongeneratoren erfüllen. 4.7 Verhalten der Erzeugungsanlage am Netz Grundsätze für die Netzstützung Erzeugungsanlagen müssen sich generell an der statischen Spannungshaltung im Netz des Netzbetreibers beteiligen können. Unter statischer Spannungshaltung ist die Spannungshaltung im Niederspannungsnetz zu 22

23 Entwurf E VDE-AR-N 4105: verstehen, bei der die langsamen Spannungsänderungen im Verteilungsnetz in verträglichen Grenzen gehalten werden. Wenn netztechnische Belange dies erfordern und der Netzbetreiber diese Forderung erhebt, müssen sich die Erzeugungsanlagen an der statischen Spannungshaltung im Niederspannungsnetz beteiligen. Eine dynamische Netzstützung, also eine Spannungshaltung bei Spannungseinbrüchen in den übergeordneten Spannungsebenen, wird bei in Niederspannungsnetzen einspeisenden Erzeugungsanlagen nicht gefordert Maximal zulässiger Kurzschlussstrom Durch den Betrieb einer Erzeugungsanlage wird der Kurzschlussstrom des Niederspannungsnetzes um den Kurzschlussstrom der Erzeugungsanlage erhöht. Die Angabe des zu erwartenden Kurzschlussstromes der Erzeugungsanlage am Übergabepunkt hat daher nach Kapitel 1.3 zu erfolgen. Überschlägig können zur Ermittlung des Kurzschlussstrombeitrages einer Erzeugungsanlage folgende Werte angenommen werden: bei Synchrongeneratoren das 8-fache, bei Asynchrongeneratoren das 6-fache, bei Generatoren mit Stromrichtern das 1-fache. Wird durch die Erzeugungsanlage der Kurzschlussstrom im Netz des Netzbetreibers über den Bemessungswert hinaus erhöht, so sind zwischen Anschlussnehmer und Netzbetreiber geeignete Maßnahmen zu vereinbaren, die den Kurzschlussstrom aus der Erzeugungsanlage in seiner Höhe entsprechend begrenzen Wirkleistungsabgabe Erzeugungsanlagen ab einer vom Netzbetreiber festzulegenden Nennleistung müssen mit reduzierter Leistungsabgabe betrieben werden können. In folgenden Fällen ist der Netzbetreiber berechtigt, eine vorübergehende Begrenzung der Einspeiseleistung zu verlangen oder eine Anlagenabschaltung vorzunehmen: potenzielle Gefahr für den sicheren Systembetrieb, Engpässe bzw. Gefahr von Überlastungen im Netz des Netzbetreibers, Gefahr einer Inselnetzbildung, Gefährdung der statischen oder der dynamischen Netzstabilität, systemgefährdender Frequenzanstieg, Instandsetzungen bzw. Durchführung von Baumaßnahmen, im Rahmen des Erzeugungsmanagements/Einspeisemanagements/Netzsicherheitsmanagements (nach EEG 2009 und KWK-G 2009 ab einer Einspeiseleistung von > 100 kw). Art und Gradient der Leistungsbegrenzung gibt der Netzbetreiber vor. Für das Einspeisemanagement haben sich die Sollwerte in den Stufen 100 %/60 %/30 %/0 % für die vereinbarte Anschlusswirkleistung P AV bewährt Blindleistung Erzeugungsanlagen müssen unter normalen stationären Betriebsbedingungen im Spannungstoleranzband U n ± 10 % und in ihren zulässigen Betriebspunkten ab einer Wirkleistungsabgabe > 20 % der Bemessungs- Wirkleistung mit folgenden Verschiebungsfaktoren cos ϕ betrieben werden können: Erzeugungsanlagen S 3,68 kva: Emax cos ϕ = 0,95 untererregt bis 0,95 übererregt gemäß EN (keine Vorgabe des Netzbetreibers) Erzeugungsanlagen 3,68 kva< S 13,8 kva: Emax Kennlinienvorgabe des Netzbetreibers innerhalb cos ϕ = 0,95 untererregt bis 0,95 übererregt (gilt für Erzeugungsanlagen, die ab dem in Betrieb gesetzt werden) 23

24 EmEmE VDE-AR-N 4105: Entwurf Erzeugungsanlagen S > 13,8 kva: Emax Kennlinienvorgabe des Netzbetreibers innerhalb cos ϕ = 0,90 untererregt bis 0,90 übererregt (gilt für Erzeugungsanlagen, die ab dem in Betrieb gesetzt werden) Das bedeutet im Verbraucherzählpfeilsystem den Betrieb im Quadranten II (unterregt) bzw. III (übererregt). Bild 3 Grenzleistungsbereich für die Blindleistung einer Erzeugungsanlage im Bereich von 3,68kVA< 13,8kVAS (Verbraucherzählpfeilsystem) axbild 4 Grenzleistungsbereich für die Blindleistung einer Erzeugungsanlage bei >13,8kVAS (Verbraucherzählpfeilsystem) axdie Blindleistung von Erzeugungsanlagen muss innerhalb der schraffierten Grenz-Blindleistungs-Dreiecke der Bilder 3 und 4 frei einstellbar sein, auch dynamisch während des Betriebes der Erzeugungsanlage. Art und Sollwerte der Blindleistungseinstellung sind abhängig von den Netzgegebenheiten und können deshalb vom Netzbetreiber innerhalb der Grenz-Blindleistungs-Dreiecke individuell vorgegeben werden. Für Erzeugungsanlagen, die über einen Umrichter oder einen blindleistungsfähigen Synchrongenerator einspeisen, können entweder 24

25 Entwurf E VDE-AR-N 4105: a) eine Verschiebungsfaktor-/Wirkleistungskennlinie cos ϕ (P) oder b) ein fester Verschiebungsfaktor cos ϕ vorgegeben werden. Für Erzeugungsanlagen mit direkt an das Netz gekoppelten Generatoren, die prinzipbedingt keine Blindleistung regeln können und deshalb konstante Kapazitäten verwenden (wie z. B. BHKW mit Asynchron- oder Stirlinggeneratoren) ist grundsätzlich keine Kennlinienregelung anzuwenden. Hier wird vom Netzbetreiber ein fester Verschiebungsfaktor cos ϕ für S Amax vorgegeben. ANMERKUNG 1 Eine cos ϕ (P)-Kennlinie wird vom Netzbetreiber für Erzeugungsanlagen vorgegeben, die mit schwankender Leistung einspeisen. Solche Erzeugungsanlagen sind z. B. PV-Anlagen oder BHKW mit über Wechselrichter gekoppeltem Generator. ANMERKUNG 2 Ein fester Verschiebungsfaktor eignet sich für Erzeugungsanlagen, die mit konstanter Leistung einspeisen, wie BHKW mit direkt an das Netz gekoppeltem Generator (siehe Beispiel E.1). Die Vorgabe für die Blindleistungseinstellung teilt der Netzbetreiber dem Antragsteller mit der Anschlussgenehmigung mit. Wird vom Netzbetreiber eine Kennlinie vorgegeben, so muss sich jeder aus der Kennlinie ergebende Sollwert innerhalb von 10 Sekunden automatisch einstellen. Das Bild 5 stellt die Standard-cos ϕ (P)-Kennlinie dar. Für das Hochfahren der Erzeugungsanlage ist eine Übergangszeit von 10 Minuten zulässig. Bild 5 Standard-cos ϕ (P)-Kennlinie Abhängig von Netztopologie, Netzbelastung und Einspeiseleistung kann der Netzbetreiber auch eine von der Standard-cos ϕ (P)-Kennlinie abweichende Kennlinie fordern. 25

26 E VDE-AR-N 4105: Entwurf 5 Ausführung der Erzeugungsanlage/Netz- und Anlagenschutz (NA-Schutz) 5.1 Generelle Anforderungen Bei dem Netz- und Anlagenschutz (NA-Schutz) handelt es sich um eine typgeprüfte Schutzeinrichtung mit Konformitätsnachweis (siehe Anhang F.4), in der alle Schutzfunktionen nach 5.5 installiert sind. Der NA- Schutz wirkt auf den Kuppelschalter nach 5.4. Der NA-Schutz ist als zentraler NA-Schutz am Zählerplatz zu realisieren. Für Erzeugungsanlagen 30 kva ist auch ein in der/den Erzeugungseinheit(en) integrierter NA-Schutz zulässig. In Abhängigkeit der maximalen Scheinleistung der Erzeugungsanlage S Amax ergeben sich für den NA-Schutz folgende Bedingungen: S A > 30 kva : Zentraler NA-Schutz am Zählerplatz Ausnahme Bei Blockheizkraftwerken ist auch bei Erzeugungsanlagen > 30 kva ein integrierter NA-Schutz zulässig, wenn am Netzanschlusspunkt eine für das Personal des Netzbetreibers jederzeit zugängliche Schaltstelle mit Trennfunktion vorhanden ist SA 30 kva : Zentraler NA-Schutz am Zählerplatz oder dezentral in einer Unterverteilung oder integrierter NA-Schutz ANMERKUNG 1 Die Aussagen aus Schutzfunktionen sind zu beachten. ANMERKUNG 2 Bei Schutzauslösungen am integrierten NA-Schutz ist grundsätzlich zuerst der Anlagenerrichter zu informieren, da die Ursache für die Auslösungen auch in der Kundeninstallation liegen kann. Bei Schutzauslösungen am zentralen NA-Schutz ist der Netzbetreiber zu informieren. Der NA-Schutz wirkt auf einen Kuppelschalter (siehe 5.4). Der Ausfall der Hilfsspannung des zentralen NA- Schutzes oder der Steuerung des integrierten NA-Schutzes muss zum unverzögerten Auslösen des Kuppelschalters führen. Die Schutzauslösung des integrierten Schutzes darf durch sonstige Funktionen der Steuerung nicht unzulässig verzögert werden, damit die erforderlichen Abschaltzeiten eingehalten werden. Sowohl beim zentralen als auch beim integrierten NA-Schutz muss die Einfehlersicherheit gewährleistet sein (siehe Erläuterungen in Anhang A Einfehlersicherheit ). 5.2 Zentraler NA-Schutz Der zentrale NA-Schutz ist als eigenständiges Betriebsmittel in einem dafür geeigneten Stromkreisverteiler nach TAB 2007, Abschnitt 8, Absatz 1, nicht im oberen Anschlussraum nach TAB 2007, 7.2, Absatz 9, unterzubringen und am zentralen Zählerplatz anzuschließen. Er muss plombierbar oder mit einem Passwortschutz versehen sein. Beispiele für die Anordnung des zentralen NA-Schutzes und damit den Anschluss von Erzeugungsanlagen an Zählerplätze sind in Anhang C dargestellt. Der zentrale NA-Schutz nimmt die Funktion eines übergeordneten Entkupplungsschutzes ein. Beim zentralen NA-Schutz ist weiterhin zur Prüfung des Auslösekreises NA-Schutz Kuppelschalter vom Anlagenerrichter ein Auslösetest vorzunehmen. Der zentrale NA-Schutz verfügt dazu über eine Prüftaste, deren Betätigung den Kuppelschalter auslöst. Am Kuppelschalter muss die Auslösung visualisiert sein. ANMERKUNG Ist eine Erzeugungsanlage über mehrere Zähler angeschlossen, ist für jeden separaten Abgang ein Kuppelschalter notwendig. Diese Kuppelschalter werden über einen NA-Schutz ausgelöst (siehe Anhang B). 5.3 Integrierter NA-Schutz Beim integrierten NA-Schutz kann der NA-Schutz in der programmierbaren Anlagensteuerung der Erzeugungseinheiten integriert sein (z. B. in der Umrichtersteuerung). In diesem Fall kann sowohl auf die Prüftaste als auch auf die Plombierung verzichtet werden. Der integrierte NA Schutz wirkt auf einen integrierten Kuppelschalter(siehe 5.4.2). 26

27 Entwurf E VDE-AR-N 4105: Kuppelschalter Für den Anschluss der Erzeugungsanlage an das Niederspannungsnetz des Netzbetreibers oder an die übrige Kundenanlage ist ein Kuppelschalter zu verwenden. Der Kuppelschalter wird von dem NA-Schutz angesteuert und löst automatisch aus, wenn mindestens eine Schutzfunktion anspricht. Der Kuppelschalter kann sowohl die gesamte Kundenanlage mit dem Netz verbinden als auch die Erzeugungsanlage mit der übrigen Kundenanlage. Sofern kein Inselbetrieb vorgesehen ist, kann dafür die Schalteinrichtung des Generators (integrierter Kuppelschalter) verwendet werden. ANMERKUNG Die Nutzung des integrierten Kuppelschalters ist auch in Verbindung mit dem zentralen NA-Schutz möglich. In jedem Fall ist der zentrale NA-Schutz ab S A > 30 kva direkt am zentralen Zählerplatz anzuschließen; die maximale Abschaltzeit von 200 ms darf in keinem Fall überschritten werden und ein Auslösetest ist vorzunehmen. Die Schalteinrichtungen des Kuppelschalters müssen für den am Einbauort auftretenden maximalen Kurzschlussstrom ausgelegt (siehe 4.7.2) und unter Berücksichtigung der nach 5.5 erforderlichen Schutzeinrichtungen unverzögert auslösbar sein. Das Schaltvermögen beider Schalteinrichtungen des Kuppelschalters ist mindestens gemäß dem Ansprechbereich der vorgeschalteten Sicherung zu bemessen. Der Nachweis für die Kurzschlussfestigkeit der gesamten elektrischen Anlage ist auf der Grundlage der technischen Anschlussbedingungen vom Anschlussnehmer zu erbringen. Anschlussbeispiele sind im Anhang B aufgeführt Zentraler Kuppelschalter Der Kuppelschalter besteht aus zwei in Reihe geschalteten Schalteinrichtungen und ist damit redundant auszuführen. Dabei sind beide Schalteinrichtungen des Kuppelschalters als galvanische Schalteinrichtungen auszuführen (z. B. Motorschutzschalter, mechanischer Leistungsschalter); eine Trennfunktion nach DIN VDE ist nicht erforderlich. Für beide Schalteinrichtungen des Kuppelschalters sind Schalter mit mindestens Lastschaltvermögen einzusetzen. Zudem muss eine allpolige Abschaltung sichergestellt sein (siehe Erläuterungen in Anhang A.4). Die beiden Schalteinrichtungen des Kuppelschalters sind im Stromkreisverteiler der Erzeugungsanlage unmittelbar am Zählerplatz zu installieren. Beispiele für die Anordnung von Kuppelschaltern und damit den Anschluss von Erzeugungsanlagen an Zählerplätze sind in Anhang C dargestellt. ANMERKUNG Die beiden in Reihe geschalteten Schalteinrichtungen gewährleisten keine Einfehlersicherheit im Sinne der Erläuterungen in Anhang A Einfehlersicherheit. Ein Fehler kann sicher behandelt werden, wird aber nicht erkannt und führt damit nicht zur Abschaltung der Erzeugungsanlage. Aus diesem Grund ist die Überprüfung der Kuppelschalter im Wartungskonzept der Erzeugungsanlage vorzusehen Integrierter Kuppelschalter Der Aufbau des Kuppelschalters ist unter Berücksichtigung der Einfehlersicherheit (siehe Erläuterung in Anhang A Einfehlersicherheit ) vorzunehmen. Der Kuppelschalter besteht aus einer einfehlersicheren Schalteinrichtung, die mittels eines Schalters (z. B. Relais, Schütz, mechanischer Leistungsschalter etc.) eine allpolige galvanische Abschaltung sicherstellen kann. ANMERKUNG Eine Trennung gemäß VDE wird durch den integrierten Kuppelschalter nicht gewährleistet. Diese muss für Wartungsarbeiten durch eine zusätzliche geeignete Schalteinrichtung, die nicht Bestandteil des Kuppelschalters ist, realisiert werden (z. B. Sicherungsautomat). Bei Erzeugungsanlagen mit Umrichtern ist der Kuppelschalter auf der Netzseite des Umrichters vorzusehen. Ein Kurzschluss im Umrichter darf den Kuppelschalter in seiner Schaltfunktion nicht beeinträchtigen. 27

28 E VDE-AR-N 4105: Entwurf 5.5 Schutzeinrichtungen für den Kuppelschalter Allgemeines Der NA-Schutz hat die Aufgabe, die Erzeugungsanlage bei unzulässigen Spannungs- und Frequenzwerten vom Netz abzuschalten (siehe auch DIN VDE , Kapitel 7.2). Damit soll eine ungewollte Einspeisung der Erzeugungsanlage in einen vom übrigen Verteilungsnetz getrennten Netzteil sowie die Speisung von Fehlern in diesem Netz verhindert werden. Die Festlegungen von Kapitel beziehen sich nicht auf die Schutzfunktionen Kurzschlussschutz, Überlastschutz und Schutz gegen elektrischen Schlag, die gemäß den gültigen DIN VDE-Normen auszuführen sind und für die der Anschlussnehmer selbst verantwortlich ist (Sicherstellung des Eigenschutzes). Insofern ist ggf. die in dieser Richtlinie beschriebene Schutzfunktion durch den Anschlussnehmer der Erzeugungsanlage entsprechend zu erweitern. Der Eigenschutz darf aber die in dieser Richtlinie beschriebenen Anforderungen nicht unterlaufen. Der Anlagenbetreiber hat selbst Vorsorge dafür zu treffen, dass Schalthandlungen, Spannungsschwankungen, automatische Wiedereinschaltungen im vorgelagerten Netz oder andere Vorgänge im Netz des Netzbetreibers nicht zu Schäden an seinen Anlagen führen. Folgende Funktionen des Entkupplungsschutzes sind zu realisieren: Spannungsrückgangsschutz U< Spannungssteigerungsschutz U> Spannungssteigerungsschutz U>> Frequenzrückgangsschutz f< Frequenzsteigerungsschutz f> Inselnetzerkennung Spannungsschutzeinrichtungen sollten den Halbschwingungs-Effektivwert auswerten. Hierbei reicht die Auswertung der 50-Hz-Grundschwingung aus. Einzig der Spannungssteigerungsschutz U> ist als gleitender 10-Minuten-Mittelwert-Schutz auszulegen, der die Überschreitung der oberen Spannungsgrenze der DIN EN verhindert (Überwachung der Spannungsqualität). Die Messverfahren zur Ermittlung der Spannungsqualität sind in der DIN EN (VDE ) Prüf- und Messverfahren Verfahren zur Messung der Spannungsqualität beschrieben. Spannungsschutzeinrichtungen müssen so ausgeführt werden, dass sie die einspeisenden Außenleiter überwachen. Bei Erzeugungsanlagen 13,8 kva ist bzw. sind die Spannung(en) (je Außenleiter, in den eingespeist wird) zwischen den Außenleitern und dem Neutralleiter zu messen. Bei Erzeugungsanlagen > 13,8 kva müssen die Spannungsschutzeinrichtungen dreiphasig ausgeführt werden. Hierfür sind die drei Spannungen zwischen den Außenleitern und dem Neutralleiter zu messen; die drei verketteten Außenleiterspannungen sind entweder aus den drei Außenleiter Neutralleiterspannungen rechnerisch zu ermitteln oder auch separat zu messen. Die 2 3 Spannungswerte sind logisch ODER zu verknüpfen. Logische ODER-Verknüpfung bedeutet dabei: Bei Spannungssteigerungs-Schutzrelais führt das Überschreiten des Ansprechwertes in einer Messspannung zur Anregung. Bei Spannungsrückgangs-Schutzrelais führt das Unterschreiten des Ansprechwertes in einer Messspannung zur Anregung. Frequenzschutzeinrichtungen können einphasig ausgelegt werden. Die Einstellwerte der Schutzfunktionen müssen unabhängig vom Betriebszustand der Erzeugungsanlage ablesbar sein. Dazu ist die Erzeugungsanlage mit einer entsprechenden Schnittstelle auszustatten. 28

29 Entwurf E VDE-AR-N 4105: Schutzfunktionen Die Schutzfunktionen des NA-Schutzes sind derart auszulegen, dass die Abschaltzeit (Summe der Eigenzeiten von NA-Schutz und Kuppelschalter zzgl. Schutzrelais-Einstellwert) 200 ms nicht überschreitet. Folgende Schutzfunktionen sind im NA-Schutz einzustellen. Tabelle 2 Einstellwerte für den NA-Schutz Schutzfunktion Schutzrelais-Einstellwerte 1 Spannungsrückgangsschutz U< 0,8 U n < 100 ms Spannungssteigerungsschutz U> 1,1 U n 2 < 100 ms Spannungssteigerungsschutz U>> 1,15 U n < 100 ms Frequenzrückgangsschutz f< 47,5 Hz < 100 ms Frequenzsteigerungsschutz f> 50,2 Hz 3 < 100 ms Anmerkung 1 Die zeitliche Vorgabe < 100ms für den Schutzrelais-Einstellwert geht von einer maximalen Eigenzeit für den NA-Schutz + Kuppelschalter von ebenfalls 100 ms aus. Damit ergeben sich die maximal 200 ms Gesamtabschaltzeit. Ist die Eigenzeit der Komponenten geringer als 100 ms (z. B. 50 ms), so kann entsprechend mehr Zeit für die Messung und Auswertung der Schutzfunktion verwendet werden (z. B. dann bis zu 150 ms). Es würde sich dann also ein höherer Schutzrelais-Einstellwert als < 100 ms ergeben können, nämlich <150 ms. Als Einstellwert sind in diesem Fall jedoch auch nur die 100 ms am NA-Schutz zu visualisieren. Die Abschaltzeit von 200 ms darf aber in keinem Fall überschritten werden. Anmerkung 2 Es muss sichergestellt sein, dass am Netzanschlusspunkt die Spannung 1,1 U n nicht überschritten wird. Wird diese Anforderung durch einen zentralen NA-Schutz sichergestellt, ist es zulässig, den Spannungssteigerungsschutz an der dezentralen Erzeugungseinheit/-anlage auf bis zu 1,15 U n einzustellen. Der Anlagenerrichter sollte in diesem Fall mögliche Auswirkungen auf die Kundeninstallation berücksichtigen. Die Kombination von zentralem NA-Schutz (U>: 1,1 U n ) und integriertem NA-Schutz (U>: 1,1 1,5 U n ) ist dann zu empfehlen, wenn der Spannungsfall in der Hausinstallation nicht zu vernachlässigen ist. Dies ist typischerweise bei längeren Anschlussleitungen der Fall. Anmerkung 3 Anstelle der Abschaltfrequenz 50,2 Hz ist für Erzeugungsanlagen mit Wechselrichtern künftig eine Wirkleistungs-/Frequenzstatik zu realisieren. Kommt bei Erzeugungsanlagen 30 kva ausschließlich ein integrierter NA-Schutz zum Einsatz, darf der Wert des Spannungssteigerungsschutzes U< von 1,1 U n nicht verändert werden; in diesem Fall ist auch der Spannungssteigerungsschutz manipulationssicher auszuführen. Die zulässige Toleranz zwischen Einstellwert und Auslösewert der Spannung darf maximal ± 1 % und der Frequenz darf maximal ± 0,1 % betragen. Bei Frequenzen zwischen 47,5 Hz und 50,2 Hz ist eine automatische Trennung vom Netz infolge einer Frequenzabweichung nicht zulässig (Stirlinggeneratoren mit einer maximalen Scheinleistung S Amax 30 kva werden aufgrund der derzeit geringen Systemrelevanz von der Anforderung 47,5 Hz ausgenommen). Die Bedingungen für eine Zuschaltung/Wiederzuschaltung der Erzeugungsanlage sind in 7.3 beschrieben Inselnetzerkennung Bei Erzeugungsanlagen mit Netzanbindung über Wechselrichter muss die Inselnetzerkennung mittels Schwingkreistest (siehe Anhang D) nachgewiesen werden. Bei PV-Anlagen erfolgt die Inselnetzerkennung i. d. R. mit dem aktiven Frequenz-Shift-Verfahren. Bei Erzeugungsanlagen mit Netzanbindung ohne Wechselrichter kann die Inselnetzerkennung auch durch die Spannungs- und Frequenzüberwachung realisiert werden. Die Inselnetzerkennung wird im zentralen NA-Schutz oder in der Anlagensteuerung der Erzeugungseinheit realisiert. Ist in allen Erzeugungseinheiten einer Erzeugungsanlage eine Inselnetzerkennung (gemäß Prüfschaltung Schwingkreistest, siehe Anhang D) integriert, die auf den integrierten Kuppelschalter wirkt, kann unabhängig von der Anlagenleistung auf die Inselnetzerkennung im zentralen NA-Schutz verzichtet werden. 29

30 E VDE-AR-N 4105: Entwurf 6 Abrechnungsmessung Aufbau und Betrieb der Messeinrichtungen erfolgen nach der aktuellen Richtlinie MeteringCode 14), der VDN-Richtlinie Technische Anschlussbedingungen für den Anschluss an das Niederspannungsnetz (TAB 2007) 15) sowie den Anschlussbedingungen des Netzbetreibers. Ab Anlagenleistungen von > 100 kw sind Lastgangzähler einzusetzen. Zum Aufbau und Betrieb der Messeinrichtungen erfolgt eine rechtzeitige Abstimmung zwischen Anlagenerrichter und Netzbetreiber bzw. Messstellenbetreiber. Entsprechend dem Gesetz über das Mess- und Eichwesen (Eichgesetz) sind im geschäftlichen Verkehr nur zugelassene und geeichte Zähler und Wandler einzusetzen. Zur Gewährleistung einer einwandfreien Messung der in die Kundenanlage eingespeisten Erzeugungsmengen nach 33 (2) EEG 2009 bzw. der KWK-Nettostromerzeugung nach 4 (3a) KWK-G 2009 sind hinsichtlich des Zählers Z2 (siehe Anhang C.4) ausschließlich Zähler mit Rücklaufsperre zu installieren. Für jede Anlagenart (z. B. PV- oder KWK-Anlage) sind dabei separate Zähler Z2 zu verwenden. Zwischen dem Zähler Z2 und der Kundenanlage ist eine Trennvorrichtung zu installieren (siehe Bild C.6 und Bild C.7 aus Anhang C 4.2). Als Zähler Z1 für den Bezug aus dem Netz des Netzbetreibers und für die Lieferung in das Netz des Netzbetreibers ist vorzugsweise ein Zwei-Richtungszähler zu verwenden; alternativ ist auch der Einsatz je einer Messeinrichtung mit Rücklaufsperre für Bezug und Lieferung auf separaten Zählerfeldern möglich. Die Ausführung ist mit dem Netzbetreiber abzustimmen. Die Messeinrichtung Z2 kann nach Wahl durch den Anlagenbetreiber an einem zentralen Zählerplatz nach TAB /3/, neben oder in der Erzeugungsanlage installiert werden. Außerdem sind die messtechnischen Rahmenbedingungen (z. B. Temperatur, Feuchtigkeit, Gebrauchslage, mechanische Einflüsse) einzuhalten. Die Mindestanforderungen an die Messeinrichtungen werden vom jeweiligen Netzbetreiber vorgegeben. In der Regel sind folgende Genauigkeitsklassen vorzusehen: Zähler: Klasse 1 (Wirkenergie) bzw. 2 (Blindenergie); Stromwandler: 0,5 S. Im Falle von Lastgangzählern ist durch den Anlagenbetreiber ein Telekommunikationsanschluss vorzuhalten, über den eine Fernübertragung von Zählwerten möglich ist. Vom Netzbetreiber erfasste Daten werden vertraulich behandelt und nur Berechtigten zur Verfügung gestellt. Bei direkt angeschlossenen Zählern sind die Leitungsfarben nach DIN zu wählen: Leitungen unterer Anschlussraum Zähler : schwarz Leitungen Zähler Hauptleitungsabzweigklemme im oberen Anschlussraum : braun Das Zählerfeld ist gut lesbar mit der Aufschrift Erzeugungsanlage zu kennzeichnen. 7 Betrieb der Anlage 7.1 Allgemeines Der Betrieb von elektrischen Anlagen umfasst alle technischen und organisatorischen Tätigkeiten, die erforderlich sind, damit Anlagen funktionstüchtig und sicher sind. Zu den Tätigkeiten gehören sämtliche Bedienhandlungen sowie elektrotechnische und nichtelektrotechnische Arbeiten, wie sie in einschlägigen Vorschriften und Regeln beschrieben sind. Insbesondere wird auf DIN VDE 0105 hingewiesen. 14) 15) MeteringCode 2006, herausgegeben vom VDN, Mai Siehe Technische Richtlinie Technische Anschlussbedingungen für den Anschluss an das Niederspannungsnetz TAB 2007, herausgegeben vom VDN. 30

31 Entwurf E VDE-AR-N 4105: Für den Betrieb der Erzeugungsanlage ist der Anlagenbetreiber verantwortlich. Bei Bedarf des Netzbetreibers benennt der Anlagenbetreiber dem Netzbetreiber eine Elektrofachkraft, die die erforderlichen Arbeiten an der elektrischen Anlage des Anlagenbetreibers vornehmen kann. Für die Zuschaltung der Erzeugungsanlage sind die Bedingungen in 7.3 einzuhalten. Während des Betriebes dürfen die Bedingungen nach Abschnitt 4 die den Entscheidungen über den Anschluss der Erzeugungsanlage zugrunde gelegt wurden, nur mit Zustimmung des Netzbetreibers geändert werden. Der Anlagenbetreiber muss die für den Parallelbetrieb mit dem Niederspannungsnetz erforderlichen Einrichtungen stets in technisch einwandfreiem Zustand halten. Dazu sind auch die Schalter und Schutzeinrichtungen in regelmäßigen Zeitabständen durch eine Elektrofachkraft auf ordnungsgemäße Funktionstüchtigkeit zu überprüfen. Diese Forderung ist bei normalen Betriebs- und Umgebungsbedingungen erfüllt, wenn die in der BGV A3, Tabelle 1 A 16) genannten Prüffristen eingehalten werden. Das Ergebnis ist in einem Prüfprotokoll festzuhalten. Turnusmäßige Wiederholungsprüfungen des NA-Schutzes können entfallen, da für diesen ein Konformitätsnachweis (siehe Anhang F.4) vorliegt. Turnusmäßige Wiederholungsprüfungen des Kuppelschalters und der Wirkungskette NA-Schutz Kuppelschalter können entfallen, wenn auch die Wirkungskette NA-Schutz Kuppelschalter mit dem Konformitätsnachweis geprüft wurde. Treten bei dem Betrieb der Erzeugungsanlage unzulässige Netzrückwirkungen im Netz des Netzbetreibers auf, die der Netzbetreiber eindeutig der Erzeugungsanlage zuordnen kann, ist die Einhaltung der zulässigen Grenzwerte in 4.4 Netzrückwirkungen auf Anforderung des Netzbetreibers durch den Anlagenbetreiber nachzuweisen. Zudem kann der Netzbetreiber in begründeten Fällen eine Prüfung des NA-Schutzes und des Kuppelschalters zum Nachweis von deren Funktionsfähigkeit verlangen. Netznotwendige Leistungsreduzierung oder Abschaltung Der Anlagenbetreiber ist verpflichtet, die Erzeugungsanlage nach Aufforderung des Netzbetreibers abzuschalten und vom Netz zu trennen, wenn dies für die Durchführung betriebsnotwendiger Arbeiten im Netz des Netzbetreibers erforderlich ist. Geplante Abschaltungen werden dem Anlagenbetreiber rechtzeitig und in geeigneter Weise angekündigt. Der Netzbetreiber ist bei Gefahr und im Störungsfall und bei drohendem Verlust der Netzsicherheit zur sofortigen Trennung der Erzeugungsanlage vom Netz bzw. zur Reduzierung der Wirkleistungsabgabe der Erzeugungsanlage berechtigt. Im Fall des Überschreitens der vereinbarten maximalen Anschlussleistung ist der Netzbetreiber berechtigt, die Erzeugungsanlage vom Netz zu trennen. Hierzu kann er vom Anlagenbetreiber die Installation entsprechender technischer Einrichtungen fordern, die bei Überschreiten bestimmter Grenzwerte (z. B. maximale Anschlussscheinleistung) die Erzeugungsanlage vom Netz des Netzbetreibers trennen. Stellt der Netzbetreiber schwerwiegende Mängel bzgl. der Personen- und Anlagensicherheit an der Erzeugungsanlage fest, so ist er berechtigt, diese Anlagenteile bis zur Behebung der Mängel vom Netz zu trennen. Zugang Dem Netzbetreiber ist nach Abstimmung mit dem Anlagenbetreiber Zutritt zu allen Komponenten der Erzeugungsanlage zu ermöglichen (Zählerplatz, zentrale NA-Schutz (wenn vorhanden), Kuppelschalter, Einrichtungen des Erzeugungsmanagements/Einspeisemanagements/Netzsicherheitsmanagements (wenn vorhanden) und zu den Erzeugungseinheiten). Austausch von Informationen Der Netzbetreiber wird den Anlagenbetreiber über wesentliche Änderungen in seinem Netz, die Auswirkungen auf den bestehenden Parallelbetrieb haben, unterrichten. Vom Anlagenbetreiber sind beabsichtigte Änderungen in seiner Erzeugungsanlage, soweit diese Auswirkungen auf den Parallelbetrieb oder den Ent- 16) BGV A3 Elektrische Anlagen und Betriebsmittel. 31

32 E VDE-AR-N 4105: Entwurf kupplungsschutz haben, wie z. B. Erhöhung oder Verminderung der Anlagenleistung, Auswechslung von Schutzeinrichtungen, Änderungen an der Kompensationseinrichtung, rechtzeitig mit dem Netzbetreiber abzustimmen. Kopplung von Netzanschlusspunkten Unterschiedliche Netzanschlusspunkte am Netz des/der Netzbetreiber(s) dürfen nicht durch Anlagen eines oder mehrerer Anlagenbetreiber galvanisch miteinander verbunden betrieben werden. Verhalten bei Störungen Die Wiederzuschaltbedingungen nach 7.3 sind einzuhalten. Der Anlagenbetreiber informiert den Netzbetreiber unverzüglich über bekannt gewordene besondere Ereignisse, soweit diese von Belang für den Netzbetreiber sind. Wegen der Möglichkeit einer jederzeitigen Rückkehr der Spannung im Falle einer Versorgungsunterbrechung ist das Netz als dauernd unter Spannung stehend zu betrachten. Eine Verständigung vor Wiederzuschaltung durch den Netzbetreiber erfolgt üblicherweise nicht. Zur Störungsaufklärung können außerplanmäßige Untersuchungen und Messungen erforderlich sein, die Netzbetreiber und Anlagenbetreiber jeweils an ihren Betriebsmitteln durchführen. Bei der Beseitigung und Aufklärung von Störungen unterstützen sich Netzbetreiber und Anlagenbetreiber gegenseitig. Alle für die Störungsklärung notwendigen Informationen sind zwischen ihnen auszutauschen. 7.2 Besonderheiten bei der Betriebsführung des Netzbetreiber-Netzes Erden und Kurzschließen bei Arbeiten im Netz Voraussetzung für das sichere Arbeiten im Netz ist nach dem Freischalten die Verhinderung eines ungewollten Wiederzuschaltens irgendeiner Spannungsquelle. Da Fehlhandlungen nie ausgeschlossen werden können und die bisher dem Netzbetreiber jederzeit uneingeschränkt zugängliche Schaltstelle mit Trennfunktion entfällt, ist als zusätzliche Sicherungsmaßnahme das Erden und Kurzschließen vor und hinter der Arbeitsstelle durch den Netzbetreiber immer erforderlich. Hierfür sollten auch ausreichend dimensionierte Hausanschlusskästen genutzt werden. Dies bedeutet für die Netzbetreiber die konsequente Anwendung aller 5 Sicherheitsregeln bei Arbeiten im Niederspannungsnetz (außer natürlich bei Arbeiten unter Spannung). Hinter einer getrennten Leitung im Niederspannungsnetz des Netzbetreibers (aus Sicht des Ortsnetztransformators, also auf der Kundenseite der Trennstelle) muss daher künftig auch immer geerdet und kurzgeschlossen werden. Wenn auf der Kundenseite der Trennstelle nicht geerdet und kurzgeschlossen wird, ist eine Fremdeinspeisung (z. B. über ein Notstromaggregat in der Landwirtschaft) anderweitig zu verhindern. Betrieb von Netzersatzanlagen Für den Netzbetreiber ist es für gewisse Arbeiten im Netz erforderlich, Teilnetze vom übrigen Netz abzutrennen (z. B. Austausch eines Ortsnetztrafos). Um die Kunden auch während dieser Zeit versorgen zu können, setzt der Netzbetreiber Netzersatzanlagen ein. Über Einsatz und Betrieb von Netzersatzanlagen informiert der Netzbetreiber die betroffenen Kunden in der Regel nicht. Wenn die Einspeiseleistung der Erzeugungsanlagen die Lastabnahme in diesem abgetrennten Teilnetz übersteigt, kann es jedoch zu einer schutzbedingten Ausschaltung der Netzersatzanlage kommen. Ein stabiler Betrieb der Netzersatzanlage wäre dann also nicht mehr möglich. Um dies zu verhindern, ist dafür Sorge zu tragen, dass die Erzeugungsanlagen in einem derartigen Betriebsfall ausgeschaltet werden. Hierfür werden die Netzbetreiber in dem Teilnetz nach erfolgter Trennung vom übrigen Netz mit der Netzersatzanlage eine Frequenz von mindestens 50,5 Hz (bis maximal 51 Hz) einstellen, um über dieses Frequenzkriterium die Erzeugungsanlagen sicher auszuschalten. Um eine unterbrechungsfreie Rücksynchronisation des Teilnetzes mit dem übrigen Netz zu ermöglichen, wird mit der Beendigung des Netzersatzanlagen-Betriebes und der Wiederinbetriebnahme des Ortsnetztrans- 32

33 Entwurf E VDE-AR-N 4105: formators die Frequenz wieder an die aktuelle Netzfrequenz angeglichen. Damit sich die Erzeugungsanlagen nicht unmittelbar wieder einschalten, wenn sich die Frequenz wieder innerhalb des Toleranzbandes nach befindet und somit die Stabilität des Netzbetriebes in dieser Zeit gefährden würde, muss nach einer Ausschaltdauer der Erzeugungsanlagen von > 3 s eine Wartefrist von mindestens 30 s eingehalten werden (siehe auch 7.3). Zur unterbrechungsfreien Versorgung des Netzes insbesondere im Augenblick der Zuschaltung der Netzersatzanlage ist der Einsatz von kurzzeitig rückleistungsfähigen Netzersatzanlagen zu empfehlen. 7.3 Zuschaltbedingungen und Synchronisierung Die Zuschaltung der Erzeugungsanlage oder die Wiederzuschaltung nach einer Störung an das Netz des Netzbetreibers darf nur dann erfolgen, wenn durch eine geeignete Einrichtung festgestellt wird, dass sich die Netzspannung und die Netzfrequenz innerhalb des Toleranzbereiches nach befinden. Hierzu wird sinnvollerweise die Information aus dem NA-Schutz herangezogen. Außerdem müssen die Verzögerungszeiten beim Wiederzuschalten eines Generators und die Staffelzeiten beim Zuschalten mehrerer Generatoren so groß sein, dass alle Regel- und Ausgleichsvorgänge innerhalb der Erzeugungsanlage aufgrund der Zuschaltung sicher beendet sind. Vor der Zuschaltung misst die Erzeugungsanlage, ob sich Netzspannung und Netzfrequenz über eine Dauer von mindestens 30 s innerhalb des Toleranzbereiches befinden. Nach einer Abschaltung erfolgt die erneute Zuschaltung in gleicher Weise. Bei Auslösung der Entkupplungsschutzeinrichtungen aufgrund einer Kurzunterbrechung (AWE im vorgelagerten Mittelspannungsnetz oder sonstige kurzzeitige Unterbrechungen) darf sich die Erzeugungsanlage schon dann wieder zuschalten, wenn sich Netzspannung und Netzfrequenz 5 Sekunden lang ununterbrochen innerhalb des Toleranzbereiches befunden haben. Eine Kurzunterbrechung ist gekennzeichnet durch eine Überschreitung bzw. Unterschreitung der Grenzwerte von Netzfrequenz und/oder Netzspannung über eine Dauer von maximal 3 Sekunden. Bei Abschaltungen durch Nichteinhaltung des Spannungsqualitätskriteriums U> am Netzanschlusspunkt darf eine Wiederzuschaltung erst dann erfolgen, wenn ein vollständiges 10-Minuten-Intervall wieder innerhalb des Toleranzbereiches nach gelegen hat. Bei häufigen Abschaltungen aus diesem Grund und nach Ausschluss der Fehlerursache in der Kundenanlage sollte sich der Anlagenbetreiber beim Netzbetreiber melden. Bei einer händischen Abschaltung der Erzeugungsanlage durch den Netzbetreiber stimmt der Anlagenbetreiber die Wiederzuschaltung mit der für den Netzbetrieb zuständigen Stelle des Netzbetreibers ab Zuschaltung von Synchrongeneratoren Bei direkt mit dem Netz gekuppelten Synchrongeneratoren ist an geeigneter Stelle eine Synchronisiereinrichtung vorzusehen. Während die Synchronisiereinrichtung bei nicht inselbetriebsfähigen Erzeugungsanlagen zweckmäßigerweise dem Generatorschalter zugeordnet wird, sollte bei inselbetriebsfähigen Erzeugungsanlagen zusätzlich eine Synchronisiereinrichtung am Kuppelschalter vorgesehen werden. Eine automatische Parallelschalteinrichtung ist zu bevorzugen. Die Einstellwerte sind mit dem Netzbetreiber abzustimmen. Als übliche Maximalwerte können angesehen werden: Δϕ = ± 10 Δf = ± 300 mhz ΔU = ± 5 % U n In Abhängigkeit vom Verhältnis der Netzkurzschlussleistung zur Generatorleistung kann es notwendig sein, engere Grenzen festzulegen, um unzulässige Netzrückwirkungen bei der Zuschaltung zu vermeiden. 33

34 E VDE-AR-N 4105: Entwurf Zuschaltung von Asynchrongeneratoren Bei Asynchrongeneratoren, die durch ein Antriebsaggregat hochgefahren und mit einer Drehzahl zwischen 95 % und 105 % der Synchrondrehzahl zugeschaltet werden, wird mit einem k i,max = 4 gerechnet. Bei Asynchrongeneratoren, die nicht spannungslos zugeschaltet werden, sind die Zuschaltbedingungen für Synchrongeneratoren einzuhalten Zuschaltung von Erzeugungsanlagen mit Umrichtern Generatoren mit direkt in das Netz des Netzbetreibers einspeisenden Umrichtern (z. B. Photovoltaikanlagen) dürfen nur stromlos zugeschaltet werden. 7.4 Blindleistungskompensation Einrichtungen zur Blindleistungskompensation werden entweder: zusammen mit den Verbrauchsgeräten oder Erzeugungsanlagen zu- bzw. abgeschaltet oder über Regeleinrichtungen betrieben. Der Anlagenbetreiber stimmt Notwendigkeit und Art der Verdrosselung mit dem Netzbetreiber ab. ANMERKUNG Vorgaben analog zur TAB Nachweis der elektrischen Eigenschaften 8.1 Allgemeines Für jede Erzeugungseinheit ist ein typspezifischer Konformitätsnachweis nach Anhang F.3 erforderlich. In diesem Konformitätsnachweis werden die elektrischen Eigenschaften der Erzeugungseinheit ausgewiesen, um deren Konformität mit den Anforderungen der vorliegenden Anwendungsregel nachzuweisen. Die Prüfung der Erzeugungseinheit erfolgt gemäß der aktuellen Prüfvorschrift. Darüber hinaus ist dem Netzbetreiber ein typspezifischer Konformitätsnachweis für den Netz- und Anlagenschutz nach Anhang F.4 vorzulegen, in dem die Schutzfunktionen und die Schutzeinstellungen der vorliegenden Anwendungsregel bestätigt sind. Die Konformitätsnachweise für die Erzeugungseinheiten und den NA-Schutz müssen die Konformität der Erzeugungseinheit und des NA-Schutzes mit den Forderungen dieser Anwendungsregel mindestens hinsichtlich der in 8.2 bis 8.4 beschriebenen Eigenschaften bestätigen. Dabei sind die nachstehenden Nachweise messtechnisch zu erbringen. Bis zum Vorliegen einer Prüfvorschrift erfolgt der Konformitätsnachweis mit den Anhängen F.3 und F.5 für Erzeugungseinheiten sowie F.4 und F.6 für den NA-Schutz. 8.2 Nachweis der Einspeiseleistung Nachweis der Einspeise-Wirkleistung Für Erzeugungseinheiten genügt die Angabe der maximalen Wirkleistungseinspeisung Nachweis der Blindleistungswerte Es ist die Angabe der maximalen Blindleistungen für induktiven (untererregten) und maximalen kapazitiven (übererregten) Blindleistungsbezug in Abhängigkeit von der Einspeise-Wirkleistung erforderlich. Die Bedingungen in sind dabei mindestens einzuhalten. Zur Überprüfung der Einhaltung des fest vorgegebenen Verschiebungsfaktors cos ϕ ist durch Messung nachzuweisen, dass die Vorgabe eines Verschiebungsfaktors in der Anlagensteuerung an den Klemmen der Erzeugungseinheit auch tatsächlich eingehalten wird (zulässiger Fehler für cos ϕ: 0,01). 34

35 Entwurf E VDE-AR-N 4105: Bei Erzeugungsanlagen mit direkt gekoppeltem Generator, der prinzipbedingt keine Blindleistung regeln, kann wie z. B. ein Asynchrongenerator und deshalb fixe Kapazitäten verwendet, muss sich der cos ϕ innerhalb 60 s einstellen. Der zulässige Fehler für den cos ϕ bei Nennspannung darf 0,02 sein Nachweis der Blindleistungs-Übergangsfunktion Zur Überprüfung der in dargestellten Standard-cos ϕ (P)-Kennlinie ist die Änderung der Blindleistungsfahrweise entsprechend der Höhe der Wirkleistungseinspeisung zu überprüfen. Dazu ist der Wirkleistungsbereich der Erzeugungseinheit in Schritten von 10 % der Nennleistung mehrfach von minimaler auf maximale Wirkleistungseinspeisung und umgekehrt zu durchfahren und die Höhe des Verschiebungsfaktors cos ϕ und die Dauer bis zum Erreichen eines stationären Wertes des cos ϕ anzugeben. Die Bedingungen in sind dabei mindestens einzuhalten. 8.3 Nachweis der Netzrückwirkungen Zur Überprüfung der in 4.4 festgelegten zulässigen Netzrückwirkungen sind Nachweise für die von der Erzeugungseinheit erzeugten Störaussendungen vorzulegen. Dies gilt auch für Erzeugungseinheiten mit einem Bemessungsstrom < 16 A, da bei Zusammenschaltung mehrerer solcher Erzeugungseinheiten eine Berechnung der Netzrückwirkungen erforderlich ist. 8.4 Nachweis der Eigenschaften des Netz- und Anlagenschutzes Die Einhaltung der in Abschnitt 5 geforderten Bedingungen für den NA-Schutz (wie z. B. Einstellwerte und Abschaltzeiten) für den Schutz gegen unzulässige Spannungs- und Frequenzsteigerung sowie gegen unzulässigen Spannungs- und Frequenzrückgang sind anhand von Messungen nachzuweisen. Beim integrierten NA-Schutz ist die Wirkungskette NA-Schutz Kuppelschalter zu überprüfen. 35

36 E VDE-AR-N 4105: Entwurf Anhang A Erläuterungen Zu 4.3 Zulässige Spannungsänderung Der Betrieb von Erzeugungsanlagen verändert die Betriebsspannung des Netzes. Die Spannungsänderung am Verknüpfungspunkt bei Bezug induktiver Blindleistung lässt sich wie folgt ausdrücken: SAmax ( RkV cosϕ XkV sin ϕ ) Δ ua = 2 U (A.1) Wie die Gleichung zeigt, kann die Spannungsänderung negativ werden, wenn der erste Term im Zähler kleiner als der zweite wird, was bei einem genügend kleinen cos ϕ, also bei einem entsprechend hohen Bezug induktiver Blindleistung, möglich ist. Bei Bezug kapazitiver Blindleistung gilt: SAmax ( RkV cosϕ + XkV sin ϕ ) Δ ua = (A.2) 2 U Aus der Gleichung ist erkennbar, dass der Bezug kapazitiver Blindleistung die Spannungserhöhung verstärkt; bei variablem Blindleistungsbezug ist dies zu berücksichtigen. Die angegebenen Gleichungen A.1 und A.2 sind praktikable Näherungen. Die nach diesen Gleichungen berechneten Spannungsänderungen sind geringfügig größer als entsprechende Ergebnisse einer komplexen Lastflussrechnung. Zu 4.4 A.2.1 Netzrückwirkungen Schaltbedingte Spannungsänderungen Der Faktor k imax wird als maximaler Schaltstromfaktor bezeichnet und gibt das Verhältnis des größten während des Schaltvorganges auftretenden Stromes (z. B. eines Anzugsstromes I a ) zum Nennstrom der Erzeugungsanlage an, beispielsweise: k imax I = a (A.3) I Ergebnisse aufgrund einer Rechnung mit diesem maximalen Schaltstromfaktor stellen eine obere Abschätzung dar und liegen damit grundsätzlich auf der sicheren Seite. Werte für den Faktor sind dem Konformitätsnachweis zu entnehmen. Wird der maximale Schaltstromfaktor k imax nicht nach (A.3) berechnet, so können hierfür die folgenden Richtwerte angenommen werden: k imax =< 1,2 für Synchrongeneratoren mit Feinsynchronisierung, Wechselrichter, k imax = 4 Asynchrongeneratoren, die mit 95 % bis 105 % ihrer Synchrondrehzahl zugeschaltet werden, falls keine näheren Angaben über die Art der Strombegrenzung vorliegen. Im Hinblick auf kurzzeitige Ausgleichsvorgänge muss zusätzlich die unten genannte Bedingung für sehr kurze Spannungsänderungen eingehalten werden. k imax = 8 Asynchrongeneratoren, die motorisch vom Netz hochgefahren werden, falls I a unbekannt ist. ng 36

37 Entwurf E VDE-AR-N 4105: Exakter als nach Gleichung (2) lassen sich schaltbedingte Spannungsänderungen unter Berücksichtigung von Einspeise- und Netzwinkel berechnen: X ψ: Netzimpedanzwinkel ψ = arctan kv R kv ϕ: Verschiebungsfaktor der Erzeugungsanlage S Δ u = k re imax cos ( ψ + ϕ) (A.4) S kv Der Verschiebungsfaktor ϕ ist bei untererregtem Generatorbetrieb positiv und bei übererregtem Generatorbetrieb negativ einzusetzen. Auch wenn Asynchronmaschinen oder kleinere Synchrongeneratoren ohne Feinsynchronisierung mit annähernder Synchrondrehzahl an das Netz geschaltet werden, können aufgrund interner Ausgleichsvorgänge sehr kurze Spannungsänderungen auftreten. Eine solche Spannungsänderung darf das Doppelte des sonst zulässigen Wertes, also 6 %, betragen, sofern sie nicht länger als zwei Vollschwingungen andauert und die darauf folgende Spannungsänderung 3 % der Ausgangsspannung vor der Zuschaltung der Asynchronmaschine nicht überschreitet. Ein zeitliches Zusammenfallen von Schaltvorgängen mehrerer Generatoren an einem Verknüpfungspunkt führt zum Mehrfachen der von einem Generator verursachten Spannungsänderung und muss vermieden werden, wenn die maximale Spannungsänderung in der Summe 3 % überschreitet. Eine hierfür geeignete technische Möglichkeit stellt die zeitliche Staffelung der einzelnen Schaltvorgänge dar. Dabei richtet sich der zeitliche Abstand zwischen zwei Schaltvorgängen nach der Größe der durch sie verursachten Spannungsänderungen und muss bei der maximal zulässigen Generatorscheinleistung mindestens 8 Minuten betragen. Bei einer Generatornennleistung unter dem halben zulässigen Wert genügt ein Abstand von einer Minute. A.2.2 Flicker In gilt Flicker für Erzeugungsanlagen mit Bemessungsströmen 75 A als ausreichend begrenzt, wenn die Grenzwerte der Normen DIN EN bzw. DIN EN eingehalten werden. Wenn die Grenzwerte der DIN EN an der Bezugsimpedanz Z ref nicht eingehalten werden, ist der Anschluss gemäß DIN EN dennoch zulässig, wenn der Betrag der Impedanz des Versorgungsnetzes am Anschlusspunkt mit dem öffentlichen Netz kleiner ist als der nach DIN EN ermittelte Betrag der maximal zulässigen Netzimpedanz Z max. Um diesen Vergleich durchzuführen, muss die Netzimpedanz am Anschlusspunkt ermittelt und mit dem aus den Geräteunterlagen entnommenen Wert Z max verglichen werden. Bei einer Erzeugungsanlage mit mehreren Erzeugungseinheiten ist P lti für jede Erzeugungseinheit getrennt zu berechnen und daraus ein resultierender Wert für den Flickerstörfaktor am Verknüpfungspunkt nach folgender Gleichung zu bestimmen: P lt res i 2 lt i = P (A.5) Bei einer Erzeugungsanlage, die aus n gleichen Erzeugungseinheiten besteht, ist der resultierende Wert für den Flickerstörfaktor: P lt res = n P (A.6) lt E 37

38 E VDE-AR-N 4105: Entwurf A.2.3 Oberschwingungen und Zwischenharmonische Bei der Berechnung der zulässigen Oberschwingungsströme ist darauf zu achten, dass nicht die Bemessungs-Kurzschlussleistung des Niederspannungsnetzes, sondern die tatsächliche Netzkurzschlussleistung S kv am Verknüpfungspunkt in Ansatz gebracht wird. Für die Überlagerung der Oberschwingungsströme bestimmter Wechselrichterarten gelten die im Folgenden aufgeführten typspezifischen Gesetzmäßigkeiten. A Netzgeführte Wechselrichter (6- oder 12-pulsig) Die stromrichtertypischen Oberschwingungsströme (5., 7., 11., 13. usw. Ordnung) sowie nichttypische sehr niedriger Ordnung (ν < 13) werden arithmetisch addiert: n ν = Iνi (A.7) i= 1 I Für die nicht typischen Oberschwingungen höherer Ordnung (ν 13) ist der gesamte Oberschwingungsstrom einer Ordnung gleich der Wurzel aus der Summe der Quadrate der Oberschwingungsströme dieser Ordnung: I ν n 2 Iν i i= 1 = (A.8) A Pulsmodulierte Wechselrichter Für eine Ordnungszahl μ, die grundsätzlich nicht-ganzzahlig ist, aber für Werte von μ 13 auch ganzzahlige Werte mit einschließt, ist der gesamte Strom gleich der Wurzel aus der Summe der Quadrate der Ströme der Erzeugungseinheiten: n 2 Iμ i i= 1 Iμ = (A.9) Treten bei solchen Wechselrichtern untypische Oberschwingungsströme bei ganzzahligen Ordnungszahlen von ν < 13 auf, dann sind diese Ströme entsprechend der Gleichung A.7 arithmetisch zu addieren. Oberschwingungsströme oberhalb der 2. Ordnung sowie Zwischenharmonische dürfen gemäß Gleichung A.9 berechnet werden, wenn die Pulsfrequenz des Wechselrichters mindestens 1 khz beträgt. Sind an einem Verknüpfungspunkt mehrere Anlagen wirksam, werden die für eine einzelne Anlage zulässigen Oberschwingungsströme aus der Scheinleistung S A i max der Anlage i und der insgesamt anschließbaren oder geplanten Einspeiseleistung S AV an diesem Verknüpfungspunkt wie folgt errechnet: Bei arithmetischer Addition der Oberschwingungsströme gemäß A.7: Iν Ai zul Iν zul SAimax SAV = (A.10) Bei quadratischer Addition der Oberschwingungsströme gemäß A.8 und A.9: Iν Ai zul Iν zul SAimax SAV = (A.11) Unter besonderen Verhältnissen können auch Oberschwingungen höherer Frequenz, d. h. etwa im Bereich oberhalb von Hz, auftreten, die dadurch entstehen, dass schwach gedämpfte Resonanzen von Teil- 38

39 Entwurf E VDE-AR-N 4105: netzen durch Kommutierungseinbrüche angeregt werden. In solchen Fällen müssen besondere Maßnahmen ergriffen werden, die in den Technischen Regeln zur Beurteilung von Netzrückwirkungen näher beschrieben werden. Zu 4.5 Anschlusskriterien In Tabelle A.1 sind die möglichen Varianten von Einspeisung und Schutz in Abhängigkeit der maximalen Scheinleistung der Erzeugungsanlage S Amax dargestellt. Tabelle A.1 Umsetzung der Anschlusskriterien nach Kapitel 4.5 EA 13,8 kva 13,8 EA 30 kva EA > 30 kva Einspeisung Einphasig oder Drehstrom Drehstrom Drehstrom Schutz Integrierter NA-Schutz mit U> = 1,1 U n oder Zentraler NA-Schutz mit U> = 1,1 U n oder Zentraler NA-Schutz mit U> = 1,1 U n und integrierter NA-Schutz mit U> = 1,1 1,15 U n Zentraler NA-Schutz mit U> = 1,1 U n oder Zentraler NA-Schutz mit U> = 1,1 U n und integrierter NA-Schutz mit U> =: 1,1 1,15 U n Zu Blindleistung Die variable Blindleistungseinspeisung dient der besseren Integration der Erzeugungsanlagen im Niederspannungsnetz. Sie liefert einen wichtigen Beitrag zur effizienten Nutzung vorhandener Netzkapazitäten. Neben den Eigenschaften der Erzeugungsanlage (schwankende oder konstante Einspeisung) sind auch die jeweiligen Netzverhältnisse zu berücksichtigen, um einen optimalen Nutzen zu erreichen. In einem Netz, in dem die Einspeiseleistung durch das Spannungskriterium begrenzt wird (typischerweise Netzausläufer) kann durch eine untererregte Betriebsweise der Erzeugungsanlage die Spannungshaltung optimiert werden. 39

40 E VDE-AR-N 4105: Entwurf Optimierungspotential in p.u. 3 2 Kupfer - Bandbreite Kupfer - Einspeisung mit cos φ = 0,9 untererregt Aluminium - Einspeisung mit cos φ = 0,9 untererregt Aluminium - Bandbreite Einspeisung mit cos φ = 1 1 Freileitung 95 mm² Freileitung 70 mm² Freileitung 35 mm² Kabel 150 mm² Kabel 95 mm² Kabel 35 mm² Bild A.1 Optimierungspotential durch geeignete Blindleistungseinspeisung bei üblichen Freileitungs- bzw. Kabeltypen (bezogen auf eine Betriebsweise mit cos ϕ = 1) Die Bandbreite berücksichtigt eine untererregte Betriebsweise zwischen cos ϕ = 0,9 und cos ϕ = 1, typische Ortsnetztransformatoren sowie die Entfernung der Erzeugungsanlage zum Ortsnetztransformator. Bei Freileitungen ist das Optimierungspotential aufgrund des geringeren R/X-Verhältnisses generell höher als bei Kabeln. Selbst bei großen Entfernungen vom Ortsnetztransformator ergeben sich bei Einsatz einer geeigneten Blindleistungssteuerung nennenswerte Auswirkungen auf die Höhe der Netzspannung. Allerdings muss beachtet werden, dass die Blindleistungssteuerung mit einer höheren Verlustleistung im Niederspannungsnetz einhergeht. Diese Verlustleistung kann durch Einsatz einer cos ϕ (P)-Kennlinie minimiert werden. Hierbei wird die Erzeugungsanlage nur dann untererregt betrieben, wenn sie mit nahezu ihrer Bemessungsleistung einspeist. Aufgrund dieses Verhaltens ist die cos ϕ (P)-Kennlinie für Erzeugungsanlagen geeignet, die mit schwankender Leistung einspeisen, wie z. B. PV-Anlagen. Der Netzbetreiber kann abhängig von den Netzgegebenheiten unterschiedliche Kennlinien zur Blindleistungsfahrweise der Erzeugungsanlage vorgeben. Die vorgegebene cos ϕ (P)-Kennlinie hat i. d. R. zwei, nicht jedoch mehr als vier Stützpunkte. 40

41 Entwurf E VDE-AR-N 4105: cos ϕ (P)-Kennlinie Bild A.2 Beispiele für cos ϕ (P)-Kennlinien mit zwei und drei Stützstellen. Die Kennlinie ist ab einer Leistung von 0,2 P n einzuhalten. Die Blindleistungsfahrweise zur statischen Spannungshaltung in den Netzen ist eine neue Anforderung an Erzeugungsanlagen und erfordert weitergehende Überlegungen insbesondere bei der Blindarbeitsverrechnung und bei Einsatz von Blindstromkompensationsanlagen. Bei Volleinspeisung der Erzeugungsanlage wird der Netzbetreiber in der Regel eine untererregte Betriebsweise der Erzeugungsanlage oberhalb von 0,5 P n fordern (siehe auch Standard-cos ϕ (P)-Kennlinie in Bild 4). Bei Überschusseinspeisung ist der Einsatz einer intelligenten Blindstromkompensationsanlage erforderlich, die je nach Gesamtverhalten der Kundenanlage bei Bezug oder Einspeisung den dabei jeweils erforderlichen Verschiebungsfaktor cos ϕ für die gesamte Kundenanlage am Netzanschlusspunkt regelt. Solange die erforderlichen Blindstromkompensationsanlagen am Markt nicht verfügbar sind, empfiehlt sich eine differenzierte Vorgehensweise zur Vorgabe des Verschiebungsfaktors cos ϕ der Erzeugungsanlage. Bei überwiegender Einspeisung in das Netz des Netzbetreibers und einer Einspeiseleistung > ca. 1/3 der vereinbarten maximalen Bezugsleistung ist üblicherweise ein Verschiebungsfaktor cos ϕ von 0,90 untererregt bis 0,95 untererregt nach Vorgabe des Netzbetreibers einzustellen. Regelt eine Blindstromkompensationsanlage auf den cos ϕ am Netzanschlusspunkt, dann ist der vorgegebene Wert an der Blindstromkompensationsanlage einzustellen. Die Erzeugungsanlage kann auf cos ϕ = 1 eingestellt werden. Wird der cos ϕ nur entsprechend des Bezugskundenteils der Kundenanlage geregelt, dann ist die Erzeugungsanlage auf den vom Netzbetreiber vorgegebenen cos ϕ-wert einzustellen. Genauere Angaben zum Leistungsverhältnis können durch eine Netzberechnung ermittelt werden, die die Auswirkungen auf die Spannungsänderung am Netzanschlusspunkt bei den verschiedenen Lastfällen der Kundenanlage untersucht. In Fällen, bei denen die Einspeiseleistung kleiner als ca. 1/3 der vereinbarten maximalen Bezugsleistung ist, ist üblicherweise eine gezielte Vorgabe für den Verschiebungsfaktor der Erzeugungsanlage nicht erforderlich. Zur Minimierung der Verluste im Gesamtsystem ist ein Verschiebungsfaktor von cos ϕ = 1 anzustreben. Findet eine Blindarbeitsverrechnung statt, die durch die Erzeugungsanlage beeinflusst wird, sollte auf jeden Fall eine Abstimmung zwischen Netzbetreiber und Anlagenbetreiber zur Vorgehensweise bei einer Blindleistungskompensation der Kundenanlage und zur Verschiebungsfaktor-Vorgabe für die Erzeugungsanlage erfolgen. Gegebenenfalls ist auch der Einsatz eines Blindarbeitszählers (z. B. Lastgangzähler) für die Erzeugungsanlage und Bilanzierung mit der Gesamt-Übergabestelle für die Kundenanlage sinnvoll. 41

42 E VDE-AR-N 4105: Entwurf Zu 5.1 Generelle Anforderungen, Einfehlersicherheit Der gesamte Auslösekreis aus NA-Schutz und Kuppelschalter muss die Anforderungen der Einfehlersicherheit erfüllen. D. h., der Auslösekreis muss unter Verwendung der grundlegenden Sicherheitsprinzipien mindestens so gestaltet, gebaut, ausgewählt, zusammengestellt und kombiniert werden, dass er den erwartenden Betriebsbeanspruchungen (z. B. die Zuverlässigkeit hinsichtlich ihres Schaltvermögens und ihrer Schalthäufigkeit) und äußeren Einflüssen (z. B. mechanische Vibration, externe Felder, Unterbrechungen oder Störungen der Energieversorgung) standhalten kann. Ein einzelner Fehler in dem Auslösekreis darf nicht zum Verlust der galvanischen Abschaltung des Generators mit Basisisolierung führen. Die Auslegung der Basisisolierung muss auf den Anforderungen für den Generatorstromkreis beruhen. ANMERKUNG 1 Die Auslegung der Basisisolierung auf den Generatorstromkreis ist notwendig, da der Kuppelschalter bei Arbeiten im abgeschalteten Netz vor Gefahren durch die Generatorspannung schützen muss. Diese Anforderung bedeutet, dass bei Einspeisung über Umrichtern ohne Potenzialtrennung zwischen Generator und Netz immer zwei Schalteinrichtungen in Reihe eingesetzt werden müssen. Bei Umrichtern mit Potenzialtrennung mit Basisisolierung kann eine Schalteinrichtung in Verbindung mit den Halbleiterschaltern des Umrichters die Einfehlersicherheit erfüllen. Fehler gemeinsamer Ursache müssen berücksichtigt werden, wenn die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines solchen Fehlers von Bedeutung ist. Wann immer in angemessener Weise durchführbar, muss der einzelne Fehler angezeigt werden und zu einer Abschaltung der Erzeugungseinheit oder -anlage führen. ANMERKUNG 2 Diese Anforderung für die Erkennung einzelner Fehler bedeutet nicht, dass alle Fehler erkannt werden. Daher kann die Anhäufung unentdeckter Fehler zu einem unbeabsichtigten Ausgangssignal und zu einem gefährlichen Zustand führen. ANMERKUNG 3 Dieses System lässt zu, dass bei Auftreten eines einzelnen Fehlers die Sicherheit immer erhalten bleibt; einige, aber nicht alle Fehler erkannt werden; die Anhäufung unerkannter Fehler zum Verlust der Sicherheitsfunktionen führen kann. Zu 5.5 A.6.1 Schutzeinrichtungen für den Kuppelschalter Allgemeines Hinsichtlich des Eigenschutzes der Erzeugungsanlage ist zu berücksichtigen, dass der Kurzschlussstrom bei Inselbetrieb deutlich niedriger als derjenige bei Netzparallelbetrieb ist. Bei Erzeugungsanlagen, die über Umrichter in das Niederspannungsnetz einspeisen, kann er sogar unter dem Bemessungsstrom der Anlage liegen. Eventuell ist der Einsatz von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCD) unumgänglich. Die zu treffenden Maßnahmen hinsichtlich der Sternpunktbehandlung des Generators sind mit dem Netzbetreiber zu klären. A.6.2 Schutzfunktionen Die Schutzfunktion Netzimpedanzmessung (im Sprachgebrauch meistens ENS) ist entfallen. Bei vorhandenen Erzeugungsanlagen mit Inselnetzerkennung auf Basis dieser Schutzfunktion führten und führen die Einstellwerte der Impedanzüberwachung in einigen Netzen zu unnötigen Auslösungen und damit zur ungewollten Trennung der Erzeugungsanlage vom Netz. Soll in diesen Fällen die Impedanzmessung außer Betrieb genommen werden, so muss eine Umrüstung auf eine Konfiguration NA-Schutz Kuppelschalter entsprechend 5.1 dieser Richtlinie erfolgen, da die verbleibenden Schutzfunktionen der vorhandenen Entkupplungsschutzeinrichtung nicht den aktuellen schutztechnischen Anforderungen dieser Richtlinie genügen. 42

43 Entwurf E VDE-AR-N 4105: Anhang B Anschlussbeispiele B.1 Maximale Anschlussscheinleistung S Amax 30 kva VNB Niederspannungsnetz ~ 400/230 V Hausanschlussleitung Hausanschlusskasten 2.5 Anschlusskriterien Erzeugungsanlagen sind grundsätzlich als symmetrische dreiphasige Drehstromgeneratoren auszulegen und an das Netz anzuschließen. Erzeugungsanlagen können auch einphasig an das Netz angeschlossen werden, wenn beide der folgenden Bedingungen erfüllt sind: VNB Kunde Stromkreisverteiler Allgemeinverbrauch Z (1) Z (2) Stromkreisverteiler Erzeugungsanlage Eigentumsgrenze (1) Zähler für Bezug der Kundenanlage (2) Zähler für Lieferung und Bezug der Erzeugungsanlage Die Summe aller einphasig angeschlossenen Erzeugungseinheiten beträgt S Emax 4,6 kva je Phase. 4 * Kurzschlussschutz Überlastschutz Schutz gegen elektrischen Schlag Die Summe aller einphasig angeschlossenen Erzeugungseinheiten aller drei Phasen beträgt SE max 13,8 kva (je Phase maximal 4,6 kva). Photovoltaik- Generator mit Wechselrichter S Emax. = 4,6kVA angeschaltet an L1 1 ~ / N / PE (L1) = ~NA-Schutz 1 1 ~ / N / PE (L2) = ~NA-Schutz 1 1 ~ / N / PE = ~NA-Schutz I II III 1 ( L3) 3.1 Netz und Anlagenschutz (NA-Schutz) Kein zentraler NA-Schutz erforderlich, da S Amax 30 kva (NA-Schutz kann in den Erzeugungseinheiten integriert sein). 3.2 Kuppelschalter Der Kuppelschalter besteht aus zwei in Reihe geschalteten Schalteinrichtungen (Redundanz). Photovoltaik- Generator mit Wechselrichter S Emax. = 4,6 kva angeschaltet an L3 Photovoltaik- Generator mit Wechselrichter S Emax. = 4,6 kva angeschaltet an L2 * RCD Einsatzmöglichkeit nur im TNS- oder im TT-System Bild B.1 Anschluss von 3 einphasigen Erzeugungseinheiten mit Volleinspeisung und einer maximalen Anschlussscheinleistung 4,6 kva pro Außenleiter 43

44 E VDE-AR-N 4105: Entwurf B.2 Neue Erzeugungsanlage parallel zu einer Altanlage VNB Niederspannungsnetz ~ 400/230 V Hausanschlussleitung Hausanschlusskasten VNB Kunde Eigentumsgrenze 2.5 Anschlusskriterien Erzeugungsanlagen sind grundsätzlich als symmetrische dreiphasige Drehstromgeneratoren auszulegen und an das Netz anzuschließen. Z (1) Z (2) Z (2a) (1) Zähler für Bezug der Kundenanlage (2) Zähler für Lieferung und Bezug der Erzeugungsanlage Bauj (2a) Zähler für Lieferung und Bezug der Erzeugungsanlage Bauj ~ / N / PE Anlagenbestand: z.b. Baujahr 2007 (L1) (L2) (L3) ENS 1 ~ / N / PE ENS 1 ~ / N / PE ENS Stromkreisverteiler Allgemeinverbrauch 4 4 4* 4* 3 ~ / N / PE 4 4 (L1; L2; L3) NA-Schutz Kurzschlussschutz Überlastschutz Schutz gegen elektrischen Schlag 3 ~ / N / PE 3.1 Netz und Anlagenschutz (NA-Schutz) Zentraler NA-Schutz erforderlich, da S Amax >30 kva 3.2 Kuppelschalter Der Kuppelschalter besteht aus zwei in Reihe geschalteten Schalteinrichtungen (Redundanz). 1~ = 1~ = 1~ = 3 ~ = Zentraler NA-Schutz mit: a) separater Kuppelschalter Anlagenbestand b) separater Kuppelschalter Anlagenneubau Photovoltaik- Generator mit Wechselrichter S Emax. = 5 kva Photovoltaik- Generator mit Wechselrichter S Emax. = 5 kva Photovoltaik- Generator mit Wechselrichter S Emax. = 5 kva Photovoltaik-Generator mit Wechselrichter S Emax. = 16 kva Anlageneubau: z.b. Baujahr 2011 * RCD Einsatzmöglichkeit nur im TNS- oder im TT-System Bild B.2 Anschluss einer neuen Erzeugungsanlage parallel zu einer Bestandsanlage mit Volleinspeisung bei einer maximalen Anschlussscheinleistung S Amax > 30 kva 44

45 Entwurf E VDE-AR-N 4105: B.3 Anschluss mit Zähleranschlusssäule Zähleranschlusssäule Z HAK 4 4 NA-Schutz * Stromkreisverteiler Erzeugungsanlage Kurzschluss-Schutz Überlast-Schutz Schutz gegen elektr. Schlag zentraler NA-Schutz mit Kuppelschalter VNB Niederspannungsnetz ~ 400/230 V Anschlussleitung 2.5 Anschlusskriterien Erzeugungsanlagen sind grundsätzlich als symmetrische dreiphasige Drehstromgeneratoren auszulegen und an das Netz anzuschließen Netz und Anlagenschutz (NA-Schutz) Zentraler NA-Schutz erforderlich, da S Amax > 30 kva 3.2 Kuppelschalter Der Kuppelschalter besteht aus zwei in Reihe geschalteten Schalteinrichtungen (Redundanz). 3 ~ / N / PE 3 ~ / N / PE L1; L2; L3 L1; L2; L3 3 ~ = 3 ~ = I II z.b. Photovoltaik- Generator mit Wechselrichter S Emax. =16 kva z.b. Photovoltaik- Generator mit Wechselrichter S Emax. = 16 kva * RCD Einsatzmöglichkeit nur im TNS- oder im TT-System Bild B.3 Anschluss einer Erzeugungsanlage mit Zähleranschlusssäule bei einer maximalen Anschlussscheinleistung S Amax > 30 kva 45

46 E VDE-AR-N 4105: Entwurf B.4 Anschluss bei Überschusseinspeisung (Eigenverbrauch) VNB Niederspannungsnetz ~ 400/230 V Hausanschlussleitung VNB Kunde Hausanschlusskasten Eigentumsgrenze 2.5 Anschlusskriterien Erzeugungsanlagen sind grundsätzlich als symmetrische dreiphasige Drehstromgeneratoren auszulegen und an das Netz anzuschließen. Erzeugungsanlagen können auch einphasig an das Netz angeschlossen werden, wenn beide der folgenden Bedingungen erfüllt sind: Die Summe aller einphasig angeschlossenen Erzeugungseinheiten beträgt S Emax 4,6 kva je Phase. Stromkreisverteiler Allgemeinverbrauch Z (1) Z (2) 4 * Besonders zu beachten: Zählerverschaltung (1) Zähler für Lieferung und Bezug (2) Zähler für die Lieferung der Erzeugungsanlage Stromkreisverteiler Erzeugungsanlage Kurzschlussschutz Überlastschutz Schutz gegen elektrischen Schlag Die Summe aller einphasig angeschlossenen Erzeugungseinheiten aller drei Phasen beträgt SE max 13,8 kva (je Phase maximal 4,6 kva). NA-Schutz 1~ = NA-Schutz G 1 ~ II BHKW z.b. Photovoltaik- Generator mit Wechselrichter S Emax. =4,6kVA z.b. Blockheizkraftwerk S Emax. =4,6kVA * RCD Einsatzmöglichkeit nur im TNS- oder im TT-System Bild B.4 Anschluss einer Erzeugungsanlage mit Überschusseinspeisung 46

47 Entwurf E VDE-AR-N 4105: Anhang C Beispiele für Zählerplatz-Konfigurationen C.1 Zählerplatz für den Anschluss einer Erzeugungsanlage mit einer maximalen Anschlussscheinleistung von S Amax 30 kva (Volleinspeisung). TAB - Zählerschrank Allgemeinanlage + Erzeugungsanlage 30 kva Verteilerfeld neben dem Zählerfeld im Zählerschrank (Einfamilienhaus) NA-Schutz + Kuppelschalter Erzeugungsanlage RCD kwh kwh Allgemeinanlage Erzeugungsanlage Stromkreisverteiler Allgemeinanlage Bild C.1 TAB Zählerschrank Allgemeinanlage und Erzeugungsanlage 30 kva ANMERKUNG 1 Zum NA-Schutz (siehe auch 5.1 Generelle Anforderungen ): Bei einer maximalen Anschlussscheinleistung S Amax 30 kva kann der NA-Schutz in der Anlagensteuerung der Erzeugungseinheiten (integrierter NA-Schutz) integriert sein. ANMERKUNG 2 Zum Kuppelschalter (siehe auch 5.4 Kuppelschalter ): Bei einer maximalen Anschlussscheinleistung S Amax 30 kva kann der Kuppelschalter in der Anlagensteuerung der Erzeugungseinheiten (integrierter NA-Schutz) integriert sein. 47

48 E VDE-AR-N 4105: Entwurf C.2 Zählerplatz für den Anschluss einer Erzeugungsanlage mit einer maximalen Anschlussscheinleistung S Amax > 30 kva und zentralem NA-Schutz (Volleinspeisung) TAB - Zählerschrank Allgemeinanlage + Erzeugungsanlage > 30 kva Verteilerfeld neben dem Zählerfeld im Zählerschrank (Einkundenanlage) zur Erzeugungsanlage Kuppel- NA-Schutz schalter RCD kwh kwh Allgemeinanlage Erzeugungsanlage Stromkreisverteiler Allgemeinanlage Bild C.2 TAB Zählerschrank Allgemeinanlage und Erzeugungsanlage > 30 kva ANMERKUNG 1 Zum NA-Schutz (siehe auch 5.1 Generelle Anforderungen ): Bei Verwendung eines zentralen NA-Schutzes ist dieser als eigenständiges Betriebsmittel in einem dafür geeigneten Stromkreisverteiler nach aktuell gültiger TAB bzw. DIN unterzubringen und unmittelbar am Zählerplatz anzuschließen. ANMERKUNG 2 Zum Kuppelschalter (siehe auch 5.4 Kuppelschalter ): Für den Anschluss der Erzeugungsanlage an das Niederspannungsnetz des Netzbetreibers ist ein Kuppelschalter zu verwenden. Im Fall des zentralen NA-Schutzes ist der Kuppelschalter als Schalteinrichtung im Stromkreisverteiler der Erzeugungsanlage unmittelbar am Zählerplatz zu installieren. 48

49 Entwurf E VDE-AR-N 4105: C.3 Zählerplatz für den Anschluss einer Erzeugungsanlage mit einer maximalen Anschlussscheinleistung S Amax > 30 kva mit Wandlermessung Bezug Lieferung zur Erzeugungsanlage kwh kwh NA-Schutz Kuppelschalter Prüf- und Steuerklemme TAE-Dose RCD Verteilerschrank Erzeugungsanlage Netzanschluss Bild C.3 Zählerplatz für den Anschluss einer Erzeugungsanlage mit einer maximalen Anschlussscheinleistung S Amax > 30 kva mit Wandlermessung ANMERKUNG 1 Zum NA-Schutz (siehe auch 5.1 Generelle Anforderungen ): Bei Verwendung eines zentralen NA-Schutzes ist dieser als eigenständiges Betriebsmittel in einem dafür geeigneten Stromkreisverteiler nach aktuell gültiger TAB bzw. DIN unterzubringen und unmittelbar am Zählerplatz anzuschließen. ANMERKUNG 2 Zum Kuppelschalter (siehe auch 5.4 Kuppelschalter ): Für den Anschluss der Erzeugungsanlage an das Niederspannungsnetz des Netzbetreibers ist ein Kuppelschalter zu verwenden. Im Fall des zentralen NA-Schutzes ist der Kuppelschalter als Schalteinrichtung im Stromkreisverteiler der Erzeugungsanlage unmittelbar am Zählerplatz zu installieren. 49

50 E VDE-AR-N 4105: Entwurf C.4 Zählerplatz (kann auch dezentral angeordnet sein) für den Anschluss einer Erzeugungsanlage im Selbstverbrauch bzw. Überschusseinspeisung Umsetzung von 33 (2) EEG 2009 bzw. 4 (3a) KWK-G HA-Raum Betriebsraum Erzeugungsanlage kwh kwh RCD* * Erzeugungsanlage 30 kw nach 33 (2) EEG 2009 oder Erzeugungsanlage nach 4 (3a) KWK-G 2009 dezentrale Zählerplatzanordnung möglich (Zählerplatz nach TAB oder entsprechend den technischen Anforderungen der DIN VDE 0603) Zum Hausanschluss Bild C.4 Zählerplatz (kann auch dezentral angeordnet sein) für den Anschluss einer Erzeugungsanlage im Selbstverbrauch bzw. Überschusseinspeisung ANMERKUNG 1 Zum NA-Schutz (siehe auch 5.1 Generelle Anforderungen ): Bei einer maximalen Anschlussscheinleistung S Amax 30 kva kann der NA-Schutz in der Anlagensteuerung der Erzeugungseinheiten (integrierter NA-Schutz) integriert sein. ANMERKUNG 2 Zum Kuppelschalter (siehe auch 5.4 Kuppelschalter ): Bei einer maximalen Anschlussscheinleistung S Amax 30 kva kann der Kuppelschalter in der Anlagensteuerung der Erzeugungseinheiten (integrierter NA-Schutz) integriert sein. 50

51 Entwurf E VDE-AR-N 4105: Zu C.4 Umsetzung von 33 (2) EEG 2009 bzw. 4 (3a) KWK-G 2009 C.4.1 Schematische Darstellung Bild C.5 Messprinzip zur Umsetzung von 33 (2) EEG 2009 bzw. 4 (3a) KWK-G 2009 C.4.2 Ausgestaltung des Zählerplatzes Bild C.6 sowie Bild C.7 zeigen Varianten für die Ausgestaltung von Messung und Zählerplatz zur Umsetzung von 33 (2) EEG 2009 bzw. 4 (3a) KWK-G 2009 unter Berücksichtigung der Technische Anschlussbedingungen für den Anschluss an das Niederspannungsnetz (TAB 2007) /3/ für konventionelle Zählerplätze (Drei-Punkt-Befestigung) und Zählerplätze mit integrierter Befestigungs- und Kontaktiereinrichtung (BKE-I). zum Verteiler Allgemein Anschluss Erzeugungsanlage EA Erzeugungsanlage 30 kw nach 33 (2) EEG 2009 oder Erzeugungsanlage nach 4 (3a) KWK-G 2009 sw br Z 1 kwh Z 2 kwh Z 1 = Bezug und Lieferung (Zweirichtungszähler) Z 2 = Erzeugungsanlage (Zähler mit Rücklaufsperre) 1 1 = Trennvorrichtung für die Kundenanlage 2 = Hauptleitungsabzweigklemme 3 = Trennvorrichtung für die Erzeugungsanlage 4 = Hauptleitungsabzweigklemme, alternativ bis zu 3 Sicherungen möglich HAK Bild C.6 Anschlussvariante bei zentralem konventionellem Zählerplatz mit Drei-Punkt-Befestigung 51

52 E VDE-AR-N 4105: Entwurf Nur nach Abstimmung mit dem Netzbetreiber zum Verteiler Allgemein Anschluss Erzeugungsanlage EA Erzeugungsanlage 30 kw nach 33 (2) EEG 2009 oder Erzeugungsanlage nach 4 (3a) KWK-G sw br Z 1 kwh ehz 1 Z 2 kwh ehz Z 1 = ehz für Bezug und Lieferung (Zweirichtungszähler) Z 2 = ehz für Erzeugungsanlage (Zähler mit Rücklaufsperre) Bei Erzeugungsanlagen > 4,6 kva muss Z 2 auf einem zweiten Zählerplatz montiert werden (siehe Anhang A 3.2 der TAB 2007) 1 = Trennvorrichtung für die Kundenanlage 2 = Hauptleitungsabzweigklemme 3 = Trennvorrichtung für die Erzeugungsanlage 4 = Hauptleitungsabzweigklemme, alternativ bis zu 3 Sicherungen möglich 5 = Raum für ehz-anwendungen HAK Bild C.7 Anschlussvariante bei zentralem ehz-zählerplatz mit BKE-I 52

53 Entwurf E VDE-AR-N 4105: Anhang D Inselnetzerkennung mit Hilfe des Schwingkreistests Die Gleichspannungsseite des Wechselrichters wird über eine geeignete Gleichspannungsquelle versorgt. Bei Erzeugungsanlagen ohne Wechselrichter wird die Energieversorgung über einen geeigneten Antrieb gewährleistet. Auf der Wechselspannungsseite der Erzeugungsanlage werden parallel zum Ausgang Widerstände, Drosselspulen und Kondensatoren geschaltet, die einen RLC-Schwingkreis bilden und auf die erzeugte Wirk- und Blindleistung feinstufig angepasst werden können (Bild D.1). Sowohl RLC- Schwingkreis als auch Erzeugungsanlagen sind über separate Schalter an das Netz oder einen geeigneten Netzsimulator anzuschließen. Dieser Schwingkreis muss einen Gütefaktor Q von mindestens 2 haben. Die vom Schwingkreis aufgenommene Wirkleistung muss mit der von der Erzeugungsanlage bzw. dem Wechselrichter abgegebenen auf mindestens ± 3 % übereinstimmen. Der Klirrfaktor des Drosselstroms muss bei Nennspannung unter 3 % liegen. Für die Einstellung von Induktivität und Kapazität gelten dabei folgende Beziehungen: 2 U L = P Q C π f P Q 2 2 = (D.1) 2 π f U wobei U die Netzspannung, f die Netzfrequenz und P die von der Erzeugungsanlage eingespeiste Wirkleistung darstellt. Bild D.1 Beispiel mit integriertem NA-Schutz im Wechselrichter 53

54 E VDE-AR-N 4105: Entwurf Anhang E Beispiele für die Anschlussbeurteilung von Erzeugungsanlagen E.1 Anschluss einer 20-kW-Photovoltaik-Anlage Daten der Erzeugungsanlage beantragte Anschlusswirkleistung: 20 kw Erzeugungseinheit Bild E.1 Erzeugungseinheit (Skizze Aufbau und Anschluss) Hersteller: WR, Typ PV 20 Maximale Anschlussscheinleistung: Anzahl der Erzeugungseinheiten: Wechselrichter: S Amax = 22,5 kva 1 Stück Selbstgeführter Wechselrichter 14 khz Bemessungsspannung: 400 V einstellbar zwischen 0,90 unter- Verschiebungsfaktor cos ϕ: erregt und 0,90 übererregt Konzept (Kurzbeschreibung, Umrichterkonzept) 1 Zentralwechselrichter über Zähleranschlusssäule an das Niederspannungsnetz angeschlossen Wechselrichter mit integriertem NA-Schutz Erzeugungsanlage (Daten stammen aus dem Datenblatt) Niederspannungsseitiges Netz der Erzeugungsanlage gesamte Kabellänge: 50 m Typ, Querschnitt des Kabels: NAYY-J 4 35 mm 2 54

55 Entwurf E VDE-AR-N 4105: Netzdaten Bild E.2 Netz (Skizze) Kurzschlussleistung des vorgelagerten Netzes: S K, MS = 100 MVA Ortsnetztransformator: S r Tr = 400 kva u k = 4 % P Cu = 4,6 kw Kabel NAYY-J 4 95 R = 0,32 Ω/km X = 0,082 Ω/km Freileitung Al 70: R = 0,436 Ω/km X = 0,309 Ω/km Berechnung der Netzkurzschlussleistung S kv am Netzanschlusspunkt Impedanzen des 20-kV-Netzes, S kvn = 100 MVA, R/X = 0,5 mit R/X = 0,5 ZN 2 U 400 V 400 V = = = 1, 6 m Ω (E.1) SkVN 100 MVA 2 Z R N N = = 0,72 mω XN 2 RN 1,43m 3 Impedanzen des Ortsnetztransformators, S r Tr = 400 kva, u k = 4 % = = Ω (E.2) S S r kt = = 10 MVA uk ZT 2 U = = 16 mω (E.3) SkT Der Widerstand des Ortsnetztransformators kann aus den Kurzschlussverlusten des Ortsnetztransformators berechnet werden. Kurzschlussverluste P Cu = 4,6 kw 2 2 S r PCu = 3 Ir RT = 3 R 2 T 3 U 2 U RT = P 2 Cu = 4,6 mω S r (E.4) XT = 2 2 Z T RT = 15,3 mω (E.5) Impedanzen des Kabels, Länge: 200 m Reaktanzbelag des Kabels: 0,082 Ω/km 55

56 E VDE-AR-N 4105: Entwurf Widerstandsbelag des Kabels: 0,32 Ω/km Impedanzen der Freileitung, Länge: 300 m Reaktanzbelag der Freileitung: 0,309 Ω/km Widerstandsbelag der Freileitung: 0,436 Ω/km X L = 16,4 mω R L = 64 mω (E.6) X L = 92,7 mω R L = 130,8 mω (E.7) Die für den Anschluss der Anlage maßgebenden Impedanzen ergeben sich aus der Summe der Einzelwerte zu und die Kurzschlussleistung zu X kv = 125,8 mω R kv = 200,1 mω Z kv = 236,4 mω (E.8) SkV 2 U = = 676,8 kva (E.9) ZkV Festlegungen des Netzbetreibers zum Netzanschluss Um das Netz optimal auszulasten, sollen sich alle neuen Erzeugungsanlagen an der statischen Spannungshaltung beteiligen. Die statische Spannungshaltung soll mit der Standard cos ϕ (P)-Kennlinie nach realisiert werden. Hierzu muss die Erzeugungsanlage so betrieben werden können, dass der Verschiebungsfaktor zwischen eingestellt werden kann. 0,9 untererregt cosϕ 1 (E.10) Auf dem Abgang ist bereits eine 10-kW-Photovoltaik-Anlage (cos ϕ = 1) vorhanden. Auf den anderen Abgängen des Ortsnetztransformators ist eine Einspeiseleistung von insgesamt 35 kw (cos ϕ = 1) angeschlossen. Überprüfung der zulässigen Spannungsänderung nach 4.3 Da die Photovoltaik-Anlage mit einer cos ϕ (P)-Kennlinie betrieben wird, muss für die maximale Scheinleistung der Erzeugungsanlage ein Verschiebungsfaktor von cos ϕ = 0,90 untererregt angenommen werden. Bei einem Verschiebungsfaktor cos ϕ = 1 ergibt sich eine Spannungsänderung am Verknüpfungspunkt der PV-Anlage von: ( ) ( 400 V) SAmax ( RkV cosϕ XkV sin ϕ) 20 kw 200,1m Ω* 1 Δ ua = = = 2,5 % (E.11) 2 2 U Die maximale Scheinleistung der Erzeugungsanlage ergibt sich bei einem Verschiebungsfaktor von cos ϕ = 0,90 untererregt. Nach Gleichung A.1 errechnet sich für den untererregten Betrieb eine Spannungsänderung am Verknüpfungspunkt der PV-Anlage von ( ) ( 400 V) SAmax ( RkV cosϕ XkV sin ϕ) 22,2 kva 200,1m Ω* 0,9 125,8 mω 0, 44 Δ ua = = = 1, 73 % (E.12) 2 2 U 56

57 Entwurf E VDE-AR-N 4105: Unter Berücksichtigung der bereits vorhandenen Erzeugungsanlagen und der geplanten Photovoltaik-Anlage ergibt sich durch Überlagerung der Spannungsänderungen der Anlagen eine Spannungsänderung, wie in Tabelle E.1 dargestellt. Tabelle E.1 Spannungsänderung an den einzelnen Verknüpfungspunkten Spannungsänderung in % VP ON-Trafo VP PV alt VP PV neu EA 35 kw (cos ϕ = 1) 0,12 0,12 0,12 PV alt (cos ϕ = 1) 0,03 0,43 0,43 PV neu (0,90 untererregt ) 0,04 0,66 1,73 Summe 0,11 1,21 2,28 Es ergibt sich eine Spannungsanhebung von maximal 2,28 %. Es wird überprüft, ob die vorgegebene Standard-cos ϕ (P)-Kennlinie ohne Änderungen verwendet werden kann. Hierzu wird die maximale Spannungsanhebung der Erzeugungsanlage als Grenzwert festgesetzt und die hierbei maximal mögliche Einspeiseleistung P Amax für die Verschiebungsfaktoren cos ϕ = 1, cos ϕ = 0,9 übererregt und cos ϕ = 0,9 untererregt berechnet. ( ) 2 2 cosϕ Δua U 0, V PAmax = = = ( RkV cos ϕ XkV sin ϕ) 200,1mΩ Es ergeben sich folgende Kennlinienpunkte: 13,8 kw (E.13) Tabelle E.2 Spannungsänderung an den einzelnen Verknüpfungspunkten (mit cos ϕ (P)- Kennlinie) cos ϕ (nur PV-Anlage) Summe Spannungsänderung (nur PV neu ) in % VP ON-Trafo VP PV alt VP PV neu P Amax /kw 0,90 untererregt 0,11 ( 0,04) 1,21 (0,66) 2,28 (1,73) 20 0,95 untererregt 0,15 (0,00) 1,19 (0,64) 2,28 (1,73) 17,4 1 0,20 (0,05) 1,15 (0,60) 2,28 (1,73) 13,8 0,95 übererregt 0,23 (0,8) 1,13 (0,58) 2,28 (1,73) 11,5 0,90 übererregt 0,24 (0,09) 1,12 (0,57) 2,28 (1,73) 10,6 Die sich ergebene Kennlinie liegt gegenüber der vorgegeben Standardkennlinie auf der sicheren Seite, d. h. es ergibt sich mit der Standardkennlinie eine geringere Spannungsanhebung. Die vorgegebene Standardkennlinie kann also verwendet werden. Überprüfung der Bemessung der Betriebsmittel nach 4.2 Dauerstrombelastung Die maximale Scheinleistung ergibt sich aus der maximalen Wirkleistung und dem vorgegebenen Verschiebungsfaktor cos ϕ: SAmax PEmax 20 kw 22,2 kva cosϕ 0,9 = = = (E.14) 57

58 E VDE-AR-N 4105: Entwurf Der sich bei der Netz-Nennspannung von 400 V ergebende maximale Einspeisestrom beträgt: SAmax 22,2 kva I Amax = = = 32,1 A ( V) ( V) (E.15) Die maximalen Einspeiseströme liegen weit unterhalb der zulässigen Dauerstrombelastbarkeit der Betriebsmittel. Kurzschlussstrom Die neue Photovoltaik-Anlage liefert einen Kurzschlussstrom in Höhe des Nennstromes von I k, PV = 32 A. Die Photovoltaik-Anlage erhöht den Kurzschlussstrom am Verknüpfungspunkt von 977 A auf A. Die Freileitung Al 70 hat einen Bemessungs-Kurzschlussstrom von 3,8 ka. Die Kurzschlussfestigkeit der Betriebsmittel ist ausreichend. Überprüfung der Netzrückwirkung Schnelle Spannungsänderung Die Bemessungsscheinleistung des Wechselrichters ist mit 22,5 kva angegeben. Der Wert für k imax beträgt 1,2. SrE 22,5 kva Δ ua = kimax = 1, 2 = 4 % (E.16) SkV 676,8 kva Die schnelle Spannungsänderung liegt mit 4 % im unzulässigen Bereich. Daher ist eine genauere Betrachtung notwendig: S Δ u re a = kimax cos( Ψ + ϕ ) (E.17) SkV Ψ: Netzimpedanzwinkel arctan X kv Ψ = R kv ϕ: Verschiebungsfaktor der Erzeugungsanlage (hier cos ϕ = 0,9 untererregt ) SrE 22,5 kva Δ ua = kimax cos( Ψ + ϕ) = 1,2 cos (32,2 + 25,8 ) = 2,1% (E.18) SkV 676,8 kva Die schnelle Spannungsänderung liegt mit 2,1 % im zulässigen Bereich. Überprüfung der Netzrückwirkung Langzeitflicker Die Grenzwerte der DIN EN werden eingehalten. Überprüfung der Netzrückwirkung Oberschwingungen und Zwischenharmonische Die Grenzwerte der DIN EN , Tabelle 3, werden eingehalten. Die 4. Spalte der Tabelle E.3 zeigt die im Konformitätsnachweis für die Erzeugungseinheit angegebenen Oberschwingungsströme. 58

59 Entwurf E VDE-AR-N 4105: Tabelle E.3 Vergleich der nach Richtlinie für die PV-Anlage zulässigen mit den sich aus der Konformitätserklärung ergebenden Einspeise-Oberschwingungsströmen Ordnungszahl i νzul I νzul I νpv-anlage υ A/MVA A A Ungerade 3 3 2,03 1,5 5 1,5 1,02 0, ,68 0,7 9 0,7 0,47 0,6 11 0,5 0,34 0,4 13 0,4 0,27 0,3 17 0,3 0,2 0,2 19 0,25 0,17 0,2 23 0,2 0,14 0,1 25 0,15 0,1 0,1 Gerade 2 0,75 0,51 0,3 4 0,38 0,26 0,1 6 0,25 0,17 0,1 Die Tabelle zeigt, dass die eingespeisten Oberschwingungsströme für alle Ordnungen zulässig sind. Überprüfung der Rückwirkung auf Tonfrequenz-Rundsteuerung Rundsteuerung wird in dem vorliegenden Netz nicht betrieben. Entscheidung über den Anschluss Der Anschluss der 20-kW-Photovoltaik-Anlage an das Niederspannungsnetz kann zugelassen werden, wenn die Erzeugungsanlage mit einem Verschiebungsfaktor einspeist, der der Standard-cos ϕ (P)-Kennlinie entspricht. 59

60 E VDE-AR-N 4105: Entwurf E.2 Blindleistungssteuerung eines wärmegeführten BHKW Bild E.3 Blindleistungssteuerung eines wärmegeführten BHKW Durch BHKW verursachter Spannungsanstieg bei cos ϕ = 1: 3,65 % Durch BHKW verursachter Spannungsanstieg bei cos ϕ = 0,9 untererregt : 2,83 % Bild E.4 Wirkleistungsbezug und Einspeisung Bild E.5 Spannungsabweichung am Anschlusspunkt bei cos ϕ = 1 ohne Verbraucherlast 60

61 Entwurf E VDE-AR-N 4105: Bild E.6 cos ϕ (P)-Kennlinie des BHKW Bild E.7 Resultierende Q-(P)-Kennlinie Bild E.8 Spannungsabweichung am Anschlusspunkt Bild E.9 Verlustparameter Stromquadrat Erhöhung der Verlustarbeit auf der Leitung bei cos ϕ = 0,9 untererregt : 10,9 % Erhöhung der Verlustarbeit auf der Leitung bei cos ϕ (P)-Kennlinie: 4,7 % 61