Das Konzept der Erdung und des Potentialausgleichs in Solarsystemen

In Solarprojekten ist die Bedeutung des vierstufigen Schutzes stets von größter Wichtigkeit. Nach der Auslegung der Passiven Fangeinrichtungen sowie der Auslegung der NS-Überspannungsschutzgeräte ist das wichtigste Duo das Erdungs- und das Potentialausgleichssystem. In einem Solarprojekt werden unter dem allgemeinen Begriff der Erdung zahlreiche Erdungsmaßnahmen umgesetzt. Fundamenterder, Funktionserdung, Betriebs- und Schutzerdung werden in Solarprojekten Schritt für Schritt realisiert. Entscheidend ist jedoch, dass alle unterschiedlichen Erdungssysteme am Ende des Projekts auf einen gleichwertigen Widerstandswert gebracht werden. Andernfalls wird es für die Anlage über viele Jahre hinweg schwierig sein, Fehlerströmen und plötzlichen Spannungsspitzen zu entgehen. Das Thema Erdung muss unbedingt auf technischen Berechnungen basieren. Ohne die Messung des spezifischen Erdwiderstands und ohne die Messung vorhandener Erdungswerte – insbesondere wenn außerhalb der Anlage unterschiedliche Bodenwiderstände vorliegen – kann eine Planung und Umsetzung zu fehlerhaften Ergebnissen führen.

Zunächst müssen wir eine berechnungsbasierte Planung durchführen, damit jede metallische Bewehrung und jeder Punkt der Anlage von der globalen Erdungsleitung profitieren kann. Als Ergebnis der Risikoanalyse sollte um die Anlage eine Ringleitung verlegt werden. Entsprechend der aus der Risikoanalyse resultierenden Maschenweiten muss im Fundamentbereich ein Erdungsnetz verlegt werden, damit Stoßströme leicht verteilt werden können. Dieses Netz muss Zäune, Tischfüße und alle Fundamentbewehrungen erreichen. Die anhand von Berechnungen festgelegte Anzahl der Erdungsstäbe muss parallel zum spezifischen Erdwiderstand ausgelegt werden. In der Regel werden entlang der Ringleitung eingesetzte Erdungselektroden und Erdungsleiter ab einer Tiefe von 80 cm verlegt und ihre Enden an die Oberfläche geführt. Der wichtigste Punkt bei der Installation des Fundamenterder-Systems ist die Verwendung von Produkten und Materialien gemäß der Norm IEC 50164. Denn das Korrosionsrisiko erhöht innerhalb kurzer Zeit die Erdungswiderstandswerte der Anlage. Aus diesem Grund ist die Auswahl korrosionsbeständiger Produkte, bei verzinkten Leitern eine Beschichtungsstärke von 70 Mikron, Verbindungselemente mit einer Mindeststärke von 3 mm sowie möglichst an jeder Verbindungsstelle die Verwendung von Korrosionsband von größter Bedeutung.

Kraftwerks-Potentialausgleichs-Verteilungstabelle

Die Verbindung mittels Thermoschweißung (Exothermisches Schweißen) stellt eine technisch korrektere Lösung dar. Darüber hinaus ist es wichtig, dass alle verwendeten Geräte und Verbindungselemente aus demselben Metall bestehen. Die Verwendung gleicher Materialien ist im Hinblick auf den Bimetalleffekt von großer Bedeutung. Der Einsatz von Kupfer in Erdungssystemen ist nicht zwingend erforderlich. Wie in der IEC-62305-Norm eindeutig dargestellt, können bei ausreichenden Querschnitten und Abmessungen unterschiedliche Materialien verwendet werden. Verzinkte Legierungen und Edelstahlprodukte sind ideal, während MgSi-legierte Leiter eine sehr hohe Beständigkeit gegen Korrosion aufweisen. Nach der Planung der Fundamenterdung sollten die Platzierung und das Design der passiven Fangeinrichtungen erfolgen, anschließend ist an den gegenüberliegenden Seiten der Anlage eine Funktionserdung auszuführen. Jede Funktionserdung muss jedoch zwingend mit Spark-Gap-Ableitern in den Potentialausgleich eingebunden werden. Planung und Umsetzung sollten an diesem Punkt ausschließlich durch Fachingenieure erfolgen. In PV-Projekten, bei denen der Einsatz von Blitzableitern problematisch ist, stellt eine nicht in den Potentialausgleich eingebundene Blitzableitererdung ein erhebliches Risiko dar.

Erdungsschema Methode A

Im Blitzschutzsystem sollten passive Fangeinrichtungen bevorzugt und in den Potentialausgleich eingebunden werden. Die Betriebs- und Schutzerdungswiderstandswerte von Transformatoren sind von größter Bedeutung. Schutz- und Betriebserdungsmaßnahmen sowie die Widerstandswerte sind durch Normen festgelegt. Langfristig betrachtet ist es äußerst wichtig, alle Erdungswerte unter 1 Ohm zu halten und Korrosionsband zu verwenden. Die Erdung von Feldverteilerschränken und Sammelverteilern darf keinesfalls getrennt ausgeführt werden; sie müssen in den Potentialausgleich eingebunden werden. Der Grund dafür ist, dass bei Blitzschlägen, plötzlichen Überspannungen und anderen Fehlerströmen der Strom innerhalb von 25 ns zu dem Schaltschrank mit dem niedrigsten Widerstand fließt und dort negative Folgen entstehen können. Daher müssen Feldschränke, Combinerbox-Erdungen und Wechselrichter unbedingt von der globalen Erdung profitieren. Nach Installation aller Erdungssysteme und deren Einbindung in den Potentialausgleich müssen gemäß IEC 62305 Potentialausgleichskontrollen und Messungen mit kalibrierten Geräten durchgeführt werden. Die Kontrolle durch Fachingenieure ist hierbei von entscheidender Bedeutung. Der Widerstandsunterschied an 100 definierten Messpunkten darf 0,2 Ohm nicht überschreiten. Aus diesem Grund sind Messungen an unterschiedlichen Standorten äußerst wichtig. Allerdings können Planung, Umsetzung und unterschiedliche Bodenwiderstände im Umfeld der Anlage abweichende Maßnahmen erfordern. Zeitweise können gezielt Entladestellen mit bewusst niedrigem Widerstand geschaffen werden. Dies sollte in Bereichen mit unausgeglichenen spezifischen Bodenwiderstandswerten erfolgen. Berechnungen, Materialauswahl, Umsetzung und Messungen im Bereich der Erdung müssen zwingend fachgerecht durchgeführt werden. Andernfalls ist es äußerst schwierig, die elektrische Betriebssicherheit der Anlage über einen langen Zeitraum zu gewährleisten.

Beispiel Grid-Abbildung

Als Blitzschutz-Zentrum bieten wir für Solarprojekte sämtliche Erdungsberechnungen, Materialauswahl, Implementierungs- und Berichtsdienstleistungen an. Für weitere Informationen können Sie uns unter info@yilkomer.com
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