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.
VDE-AR-N 4105 und 4110
Power für das Niederspannungsnetz
Anforderungen für den Anschluss von Erzeugungsanlagen
Die aktuellen VDE-AR-N 4105 und 4110:
- fassen die wesentlichen Gesichtspunkte zusammen, die beim Anschluss von Erzeugungsanlagen an das öffentliche Nieder- und Mittelspannungsnetz des Netzbetreibers zu beachten sind.
- dienen gleichermaßen dem Netzbetreiber, dem Hersteller wie auch dem Errichter als Planungsunterlage und Entscheidungshilfe. Außerdem erhält der Betreiber wichtige Informationen zum Betrieb solcher Anlagen.
- sind anzuwenden für Erzeugungsanlagen und Energiespeicher, die neu an das Versorgungsnetz angeschlossen werden, sowie bei der Erweiterung oder Änderung bestehender Anlagen.
- Für einen bestehenden, unveränderten Teil der elektrischen Anlage gibt es seitens dieser VDE-Anwendungsregeln keine Anpassungspflicht, sofern eine sichere und störungsfreie Stromversorgung sichergestellt ist.
- dienen vordergründig der Netzstützung. Hiermit soll Netzinstabilität gesichert und Netztrennung verhindert werden, da ungewollte Abschaltung als Folge von Spannungseinbrüchen oder Spannungserhöhungen die Versorgungssicherheit gefährdet.
- sind gültig für Photovoltaikanlagen, KWK-Erzeugungsanlagen, Energiespeicher, Wind- und Wasserkrafterzeugungseinheiten, Stirlinggeneratoren, Brennstoffzellen und direkt mit dem Netz gekoppelte Asynchrongeneratoren mit einer Summenwirkleistung (Σ PAmax) bis 950 kW, wobei die VDE-AR-N 4105 die Anforderungen für Anlagen bis 135 kW unabhängig von der Spannungsebene am Nieder- bzw. Mittelspannungsnetz beschreibt. 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 (ehemals BDEW-Richtlinie) nachzuweisen.
Erzeugungsanlagen
nach VDE AR-N 4105
Bei Erzeugungsanlagen wird 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).
Hager Systemlösungen zur Einhaltung der Normen
Netz- und Anlagenschutz / NA-Schutz:
eine wesentliche Anforderung der Anwendungsregeln
Der zentrale Netz- und Anlagenschutz wird laut Norm für Erzeugungsanlagen mit einer maximalen Scheinleistung (Σ SAmax) > 30 kVA gefordert. Dieser ist – 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).
Unterscheidung der Netzankopplung
Das Gerät EU400 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.
Für die Einspeisung ins Mittelspannungsnetz nach VDE-AR-N 4110:2023-09 eignet sich das EU400 als Einheitenschutz an den Erzeugungseinheiten. Dieser kann als zwischengelagerter Entkupplungsschutz zwischen 135 und 950 kW Wirkleistung eingesetzt werden. Bei reinen Erzeugungsanlagen mit 100% Einspeisung sitzt der übergeordnete Entkupplungsschutz im Normalfall mittelspannungsseitig. Dort muss das Schutzgerät der Digitalrichtlinie entsprechen. In diesem Fall kann EU400 nicht als übergeordneter Entkupplungsschutz eingesetzt werden. Wenn durch Vorgabe des VNB ein Blindleistungsrichtungs-Unterspannungsschutz (Q-U-Schutz) gefordert ist, muss ein Gerät eingesetzt werden, welches diese Schutzfunktion erfüllt.
Bei einer Überschusseinspeisung wandert der übergeordnete Entkupplungsschutz auf die Niederspannungsseite, da sonst die gesamte Niederspannungsanlage bei einem Fehler in der Erzeugungseinheit vom Netz getrennt werden würde. Wenn in diesem Fall kein Q-U-Schutz erforderlich ist, kann nach individueller Absprache mit dem VNB auch EU400 mit dem entsprechenden Programm zur Realisierung des übergeordneten Entkupplungsschutz genutzt werden.
Kuppelschalter für den Anschluss der Erzeugungsanlage
an das Versorgungsnetz
Für den Anschluss der Erzeugungsanlage an das Versorgungsnetz des Netzbetreibers 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 kann ein zentraler Kuppelschalter (z.B. Schütz, Leistungsschalter) oder die zertifizierten Schalteinrichtungen der einzelnen Erzeugungseinheiten (integrierter Kuppelschalter) verwendet werden.
- AR-N 4105: Bei Erzeugungsanlagen mit einer Scheinleistung (Σ SAmax) ab 30 kVA ist ein zentraler NA-Schutz (Netzentkupplungsrelais) gefordert.
Die Schutzeinrichtung, bestehend aus Netzentkupplungsrelais und Kuppelschalter, muss zur dynamischen Netzstützung ausgelegt sein und unverzögert, im Rahmen der FRT-Grenzkennlinie (Fault-Ride-Through), auslösen.
- AR-N 4110: Die Schutzeinrichtung an den EZE (zwischengelagerter Schutz), bestehend aus Netzentkupplungsrelais und Kuppelschalter, muss im Falle eines Netzausfalls die Schutzfunktion 5 s durch eine Hilfsenergieversorgung überbrücken und darf nicht vorzeitig abschalten. Der übergeordnete Entkupplungsschutz inkl. aller Kommunikations-, Schutz-, Sekundär- und Hilfseinrichtungen muss einen Netzausfall von 8 h überbrücken. Für diese Zeit müssen nach Anwendungsregel auch drei komplette Schaltfolgen durch die Hilfsenergieversorgung durchführbar sein. Wenn der übergeordnete Kuppelschalter niederspannungsseitig sitzt, kann durch Freigabe des VNB auf die drei Schaltfolgen verzichtet werden, da eine Zuschaltung nur bei wieder anliegendem Versorgungsnetz möglich ist und der übergeordnete NA-Schutz eine Zuschaltung zulässt.
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% 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% der installierten Leistung einspeisen dürfen. Um 100% der Leistung dauerhaft einspeisen zu dürfen, benötigt man ein Einspeisemanagement und einen Rund-Steuer-Empfänger zur Abregelung durch den VNB (siehe Abbildung).
Maßnahmen zur Netzstützung
nach Anwendungsregel
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Dynamische Netzstützung nach VDE-AR-N 4105
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 wie 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 HTG911H (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.
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Netzausfallsicherheit nach VDE-AR-N 4110
Grundsätzlich müssen PV-Anlagen, die nach AR-N 4110 ans Versorgungsnetz angekoppelt sind, zur Netzstabilisierung beitragen. Dazu müssen besondere Parameter im Entkupplungsschutz berücksichtigt werden. Zusätzlich kann für Anlagentypen ab einer bestimmten Einspeiseleistung der Netzbetreiber die Anforderung an Blindleistung-Unterspannungsschutz (Q-U-Schutz) festlegen. Der Q-U-Schutz überwacht die Erzeugungsanlage auf Bezug induktiver Blindleistung aus dem Netz. In diesem Fall würde die Anlage nicht zur Netzstabilisierung beitragen und muss vom Versorgungsnetz genommen werden.
Auslegung der Anlagen
nach Anwendungsregel
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Direkt- und Wandlermessungen nach VDE-AR-N 4105
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
- < 30 kWp: nur ein Zähler für Bezug und Lieferung (Zweirichtungsmessung)
- > 30 kWp: Es ist ein zusätzlicher Erzeugungszähler mit Rücklaufsperre erforderlich (Wandlermessung).
- ≥ 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
- > 100 kW muss eine Schnittstelle zur Direktvermarktung und Redispatch 2.0 berücksichtigt werden.
Beispiel:
Zweirichtungsmessung bis 30 kWp Erzeugung und 70-Prozent-Regelung über Wechselrichter
Beispiel:
Zweirichtungsmessung bis 30 kWp Erzeugung
Beispiel:
Direktmessung mit Überschusseinspeisung bis 30 kW und 70-Prozent-Regelung über Wechselrichter
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).
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VDE-AR-N 4110
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, PV, Speicher) werden nach der VNB-Wandlermessung ein zentraler Entkupplungsschutz, ein Kuppelschalter mit der entsprechenden Spannungsversorgung sowie ein Netzsicherheitsmanagement zur Leistungssteuerung gefordert. Bei diesen Anlagentypen müssen die Anlagen im Detail mit den Netzbetreibern abgestimmt sein, um die lokalen Anforderungen bereits in früher Planungsphase zu berücksichtigen.
Generell gilt:
- besondere Beachtung der Vorgaben des Netzbetreibers und individuelle Projektabstimmung.
- Entkupplungsschutz an EZA (zwischengelagerter Entkupplungsschutz): 5 s Überbrückungszeit bei Netzausfall.
- übergeordneter Entkupplungsschutz (UEKS): 8 h Netzausfallüberbrückungszeit.
- EZA muss Schnittstelle zur Energie-Direktvermarktung und Wirk- und Blindleistungsregelung (Redispatch 2.0) aufweisen.
- Ab bestimmten Einspeiseleistungen muss der Q-U-Schutz berücksichtigt werden.
Bei Projektanfragen wenden Sie sich bitte an das Technische Service Center in Ihrer Nähe.
Hager Tipp 45
Hager Systemlösungen zur Einhaltung der VDE-AR-N 4105:2018-11 „Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz“.