VDE-AR-N 4105
Power für das Nieder­span­nungs­netz

Anfor­de­rungen für den Anschluss von Erzeu­gungs­an­lagen

VDE-AR-N 4105

Die Anwen­dungs­regel kompakt erklärt

Die Anwen­dungs­regel VDE-AR-N 4105:2018-11 legt in Verbin­dung mit der VDE-AR-N 4100:2019-04 die tech­ni­schen Anfor­de­rungen für Erzeu­gungs­an­lagen und Ener­gie­spei­cher fest.


Die aktu­elle VDE-AR-N 4105:

  • fasst die wesent­li­chen Gesichts­punkte zusammen, die beim Anschluss von Erzeu­gungs­an­lagen an das öffent­liche Nieder­span­nungs­netz des Netz­be­trei­bers zu beachten sind.
  • dient glei­cher­maßen dem Netz­be­treiber, dem Hersteller wie auch dem Errichter als Planungs­un­ter­lage und Entschei­dungs­hilfe. Außerdem erhält der Betreiber wich­tige Infor­ma­tionen zum Betrieb solcher Anlagen.
  • ist anzu­wenden für Erzeu­gungs­an­lagen und Ener­gie­spei­cher, die neu an das Nieder­span­nungs­netz ange­schlossen werden, sowie bei der Erwei­te­rung oder Ände­rung beste­hender Anlagen.
    Für einen beste­henden, unver­än­derten Teil der elek­tri­schen Anlage gibt es seitens dieser VDE-Anwen­dungs­regel keine Anpas­sungs­pflicht, sofern eine sichere und störungs­freie Strom­ver­sor­gung sicher­ge­stellt ist. Dies gilt für alle Erzeu­gungs­an­lagen und Ener­gie­spei­cher, die parallel mit dem Nieder­span­nungs­netz des Netz­be­trei­bers betrieben werden, sowie auch für solche, die nicht in das Nieder­span­nungs­netz des Netz­be­trei­bers einspeisen.
  • führt die dyna­mi­sche Netz­stüt­zung neu ein. Hiermit soll eine Netz­in­sta­bi­lität bzw. Netz­tren­nung verhin­dert werden, d. h. dass eine unge­wollte Abschal­tung als Folge von kurz­zei­tigen Span­nungs­ein­brü­chen oder Span­nungs­er­hö­hungen verhin­dert wird.
  • gilt für Photo­vol­ta­ik­an­lagen, KWK-Erzeu­gungs­an­lagen, Ener­gie­spei­cher, Wind- und Wasser­kraf­ter­zeu­gungs­ein­heiten, Stir­ling­gene­ra­toren, Brenn­stoff­zellen und direkt mit dem Netz gekop­pelte Asyn­chron­ge­ne­ra­toren mit einer Summen­wirk­leis­tung (Σ PAmax) bis 135 kW, die unab­hängig von der Span­nungs­ebene am Nieder- bzw. Mittel­span­nungs­netz ange­schlossen werden. Für Erzeu­gungs­an­lagen und Ener­gie­spei­cher mit einer Wirk­leis­tung (Σ PAmax) zwischen 135 kW und 950 kW ist die Erfül­lung der Anfor­de­rungen der VDE-AR-N 4110:2018-11 (ehemals BDEW-Richt­linie) nach­zu­weisen.

Bei Erzeu­gungs­an­lagen werden laut VDE-AR-N 4105 zwischen Asyn­chron­ge­ne­ra­toren (ASG) vom Typ 2 und Synchron­ge­ne­ra­toren (SG) vom Typ 1 unter­schieden. Nach der Norm ist es zulässig, Erzeu­gungs­an­lagen vom Typ 2 mit einer maxi­malen Wirk­leis­tung (Σ PAmax) < 135 kW und einer zusätz­lich synchronen Wirk­leis­tung vom Typ 1 zu betreiben (siehe Abbil­dung).



VDE-AR-N 4105: Hager System­lö­sungen zur Einhal­tung der Norm



Netz- und Anla­gen­schutz / NA-Schutz:
Eine wesent­liche Anfor­de­rung der VDE-AR-N 4105

Der zentrale Netz- und Anla­gen­schutz wird laut Norm für Erzeu­gungs­an­lagen mit einer maxi­malen Schein­leis­tung (Σ SAmax) > 30 kVA gefor­dert. Dieser ist in der Regel – sofern keine Ausnahme vorliegt – im Verteil­er­feld des zentralen Zähler­platzes zu instal­lieren.


Dieser Schutz kann beispiels­weise mit dem Hager Netz­ent­kupp­lungs­re­lais EU400 erreicht werden. Das Gerät über­wacht Span­nung und Frequenz in Dreh- und Wech­sel­strom­netzen und wirkt direkt auf den zentralen Kuppel­schalter (z. B. Schütz, Leis­tungs­schalter mit Motor­an­trieb) und im Fehler­fall direkt auf den Wech­sel­richter.

Das Relais löst aus, wenn defi­nierte Grenz­werte einer Span­nungs- oder Frequenz­stei­ge­rung über­schritten bzw. unter­schritten werden. Die Grenz­werte für verschie­dene Anwen­dungen sind vorein­ge­stellt. Sie können – soweit zulässig – einfach geän­dert werden. Mit einem 2-stufigen Test können beide Auslö­se­kreise getrennt geprüft und die Schalt­zeit ange­schlos­sener Kuppel­schalter ermit­telt werden. Zudem kann mit dem Standby-Eingang E1-E2 eine Fern­ab­schal­tung reali­siert werden (beispiels­weise mit einem Rund­steu­er­emp­fänger).

Netzentkupplungsrelais

Das Hager Netz­ent­kupp­lungs­re­lais EU400 entspricht den Bedin­gungen für den zentralen NA-Schutz nach VDE-AR-N 4105:2018-11 in Eigen­er­zeu­gungs­an­lagen für die Einspei­sung ins Nieder­span­nungs­netz. Für diese Anwen­dungs­regel wurden in Programm 2 des Geräts entspre­chende Para­meter hinter­legt sowie die Über­wa­chung des Kuppel­schal­ters und der Schutz von Para­me­tern entspre­chend ange­passt.

Für die Einspei­sung ins Mittel­span­nungs­netz nach VDE-AR-N 4110:2018-11 eignet sich das EU400 als Einhei­ten­schutz an den Erzeu­gungs­ein­heiten. Dieser kann als zwischen­ge­la­gerter und auch als über­ge­ord­neter Entkupp­lungs­schutz zwischen 135 und 950 kW Wirk­leis­tung einge­setzt werden, sofern kein Q-U-Schutz vom VNB gefor­dert wird (Als Beispiel zur AR-N 4110:2018-11 siehe Abbil­dung). 


Das Gerät ist zwei­ka­nalig einfeh­ler­si­cher ausge­führt und erfüllt damit die aktu­ellen Forde­rungen. Bei akti­vierter Über­wa­chung des ange­schlos­senen Schal­ters schaltet das Gerät bei einem erkannten Abschalt­fehler nicht wieder ein; bei Einschalt­feh­lern werden Wieder­ein­schalt­ver­suche unter­nommen, um so für eine erhöhte Verfüg­bar­keit der Anlage zu sorgen.


Auf einen Blick:

Beson­dere Merk­male des Hager Netz­ent­kupp­lungs­re­lais EU400

  • Selbst­über­wa­chung / Einfeh­ler­si­cher­heit
  • 2-stufiger Pass­wort­schutz / Plom­bie­rung
  • Prüf­taste wirkt auf beide Auslö­se­kreise getrennt (Kuppel­schalter / Wech­sel­richter)
  • defi­nierte Grenz­werte für Span­nung, Frequenz, Zu- und Abschalt­zeiten
  • Zerti­fikat für VDE-AR-N 4105:2018-11 + 4110:2018-11 (Mittel­span­nung)

Kuppel­schalter für den Anschluss der Erzeu­gungs­an­lage
an das Nieder­span­nungs­netz

Für den Anschluss der Erzeu­gungs­an­lage an das Nieder­span­nungs­netz des Netz­be­trei­bers oder an die Kunden­an­lage ist ein Kuppel­schalter zu verwenden. Der Kuppel­schalter wird vom NA-Schutz (Netz- und Anla­gen­schutz) ange­steuert und löst auto­ma­tisch aus, wenn mindes­tens eine Schutz­funk­tion anspricht.

 

Folgende Krite­rien sind bei der Instal­la­tion zu beachten:

 

  • Als Kuppel­schalter können die Schalt­ein­rich­tungen der einzelnen Erzeu­gungs­ein­heiten (inte­grierter Kuppel­schalter) verwendet werden.
  • Bei Erzeu­gungs­an­lagen mit einer Schein­leis­tung (Σ SAmax) ab 30 kVA ist ein zentraler Kuppel­schalter (z. B. Schütz, Leis­tungs­schalter) gefor­dert.
  • Der Kuppel­schalter muss gemäß den gefor­derten Schutz­ein­rich­tungen zur Dyna­mi­schen Netz­stüt­zung ausge­legt sein und unver­zö­gert im Rahmen der FRT (Fault-Ride- Through-Grenz­kurve) auslösen.

Dyna­mi­sche Netz­stüt­zung

Für Erzeu­gungs­ein­heiten und Spei­cher gelten folgende Bedin­gungen: Solange die an der Erzeu­gungs­ein­heit oder dem Spei­cher anlie­genden Außen­leiter-Neutral­leiter-Span­nungen inner­halb der gefor­derten Grenz­kurven liegen, darf es im gesamten Betriebs­be­reich der Erzeu­gungs­ein­heit als auch des Spei­chers nicht zur Netz­in­sta­bi­lität bzw. Netz­tren­nung kommen. Kuppel­schalter müssen bei Unter­span­nung bis zu drei Sekunden gestützt werden, um Netz­wi­scher auszu­glei­chen.

 

Um eine Fehl­funk­tion bei Unter­span­nung zu vermeiden, ist der Einsatz einer geeig­neten Hilfs­netz­ver­sor­gung für den Betrieb des Leis­tungs­schal­ters bzw. Schützes zu empfehlen. Hierzu eignet sich die Span­nungs­ver­sor­gung TG911H (24 V DC ) von Hager. Der Kuppel­schalter ist am zentralen Zähler­platz oder dezen­tral in einem dafür geeig­neten Strom­kreis­ver­teiler zu instal­lieren.

Je nach Netz­system ergeben sich unter­schied­liche Anfor­de­rungen an den Kuppel­schalter:

 

  • Im TN-System sind drei Außen­leiter zu schalten.
  • Im TT-System ist allpolig zu schalten (die drei Außen­leiter und der Neutral­leiter).
  • Im "Insel­netz­be­trieb" kann der Kuppel­schalter die Netz­trenn­funk­tion über­nehmen, somit ist allpolig zu schalten.

Netz­si­cher­heits­ma­nage­ment / Einspei­se­ma­nage­ment
zur Leis­tungs­re­du­zie­rung

Zur Vermei­dung von Netz­über­last müssen Erzeu­gungs­an­lagen in ihrer Wirk­leis­tung beschränkt werden. Dies kann wie folgt geschehen:

 

  • Erzeu­gungs­an­lagen bis 30 kWp können sich wahl­weise am Netz­si­cher­heits­ma­nage­ment / Einspei­se­ma­nage­ment betei­ligen oder ihre Einspei­se­leis­tung dauer­haft auf 70 Prozent der Erzeu­gungs­leis­tung beschränken*.
  • Anlagen über 30 kWp müssen über eine fern­ge­steu­erte Leis­tungs­re­du­zie­rung verfügen.
  • Bei Anlagen über 100 kWp ist der Abruf der Ist-Einspei­se­leis­tung gefor­dert.

Eine Steu­er­lei­tung vom NA-Schutz bzw. Netz­si­cher­heits­ma­nage­ment zur Erzeu­gungs­an­lage ist zu empfehlen.

 

* 70-Prozent-Regel

Konkret bedeutet diese Forde­rung, dass Anla­gen­be­treiber, die nicht am Einspei­se­ma­nage­ment teil­nehmen, dauer­haft höchs­tens 70 Prozent der instal­lierten Leis­tung einspeisen dürfen. Um 100 Prozent der Leis­tung dauer­haft einspeisen zu dürfen, benö­tigt man ein Einspei­se­ma­nage­ment und einen Rund-Steuer-Empfänger zur Abre­ge­lung durch den VNB (siehe Abbil­dung).


Ausle­gung der Anlagen:
Direkt- oder Wand­ler­mes­sung



Direkt­mes­sung

Die Direkt- bzw. Wand­ler­mes­sung wird entspre­chend den Vorschriften des zustän­digen VNBs ausge­legt und muss immer mit dem zustän­digen VNB abge­stimmt werden.

 

Gene­rell gilt:

 

  • Direkt­mes­sung < 30 kW
  • Wand­ler­mes­sung zwischen 30 kW und 135 kW

 

Direkt­mes­sung

 

  • < 10 kW: nur ein Zähler für Bezug und Liefe­rung (Zwei­rich­tungs­mes­sung)
  • > 10 kW: Es ist ein zusätz­li­cher Erzeu­gungs­zähler mit Rück­lauf­sperre erfor­der­lich.
  • ≥ 20 kW bis < 30 kW: Die PV-Verdrah­tung muss mit mindes­tens 16 mm² Leitungs­quer­schnitt reali­siert werden.

 

Netz­si­cher­heits­ma­nage­ment zur Leis­tungs­steue­rung

 

  • Einspei­se­ma­nage­ment (Soll­wert: 0 %, 30 %, 60 %, 100 %)
  • oder 70-Prozent-Regel, am Wech­sel­richter begrenzt

Beispiel:

Zwei­rich­tungs­mes­sung bis 10 kW Erzeu­gung und 70 Prozent Rege­lung über Wech­sel­richter

Beispiel:

Zwei­rich­tungs­mes­sung bis 10 kW Erzeu­gung

Grafische Darstellung einer Direktmessung mit Überschusseinspeisung bis 30 kW und 70% Regelung über Wechselrichter

Beispiel:

Direkt­mes­sung mit Über­schuss­ein­spei­sung bis 30 kW und 70 % Rege­lung über Wech­sel­richter

Grafische Darstellung einer Zweirichtungsmessung bis 10 kW Erzeugung

Beispiel:

Direkt­mes­sung mit Über­schuss­ein­spei­sung bis 30 kW



Wand­ler­mes­sung

Bei Anlagen zwischen 30 kW und 135 kW ist zu beachten, dass nach der VNB-Wand­ler­mes­sung ein zentraler NA-Schutz, ein Kuppel­schalter mit der entspre­chenden Versor­gung sowie ein Netz­si­cher­heits­ma­nage­ment zur Leis­tungs­steue­rung (Soll­wert: 0%, 30%, 60%, 100%) gefor­dert sind (siehe Beispiel).

 

Für Anlagen nach der VDE-AR-N 4110:2018-11 mit einer Wirk­leis­tung (Σ PAmax) zwischen 135 kW und 950 kW vom Typ 2 (Asyn­chron­ge­ne­rator) werden nach der VNBWand­ler­mes­sung ein zentraler Entkupp­lungs­schutz, ein Kuppel­schalter mit der entspre­chenden Span­nungs­ver­sor­gung (z. B. HTG911H) sowie ein Netz­si­cher­heits­ma­nage­ment zur Leis­tungs­steue­rung gefor­dert. Hierzu eignet sich das oben beschrie­bene Hager Netz­ent­kupp­lungs­re­lais EU400. Es ist vorein­ge­stellt für den über­ge­ord­neten Entkupp­lungs­schutz bzw. für den zwischen­ge­la­gerten Entkupp­lungs­schutz an Erzeu­gungs­ein­heiten, wenn kein Q-U-Schutz vom VNB gefor­dert wird.

Aufbau mit Leitungs­schalter


Hager Tipp 45

Hager System­lö­sungen zur Einhal­tung der VDE-AR-N 4105:2018-11 „Erzeu­gungs­an­lagen am Nieder­span­nungs­netz“.