Überspannungsschutz - ich kapier's nicht!

Gasableiter + Varistoren sind eigentlich in zertifizierten Mikrowechselrichtern für unter Solarmodulen und Netzparalleler Einspeisung bereits drinnen.

Für Laderegler und Stringwechselrichter schlagen Hersteller extern vor, da ist deshalb nix drinnen.

In nicht zertifizierten Mikrowechselrichtern von Alibaba ist nix drinnen, außer eventuell Löcher.

Für Laderegler [...] schlagen Hersteller extern vor, da ist deshalb nix drinnen.

Jau, das sagt ja eigentlich auch schon fast die Logik, denn die haben ja keinen PE-Anschluß. Also ganz klar Selbstbau. :thumbup:

Daniel

So, und weiter geht's:

Aus der geplanten Ur-Anlage sind inzwischen sechs Module geworden, die bereits aus Platzgründen in meinen Firmenräumen verstauben, bis ich sie aufbauen werde. Beim Hybrid-WR ist inzwischen der Victron Easysolar geplant. Gasableiter sind als Grobstufe längst geplant, auch nicht neu.

Ich habe mich mit dem Thema Überspannungsschutz erneut beschäftigt und bin mit der Nase auf Suppressordioden gestoßen, die es in meiner Spannungsklasse ebenfalls gäbe. Sowohl Suppressordioden als auch Varistoren haben eine Ansprechzeit von < 1 ns, alles gut. Nun die Unterschiede:

Varistoren:
Jede Spannungsspitze oberhalb der Schwellspannung altert das Bauelement, der Leckstrom wird größer und die Schwellspannung kleiner. Bei einem richtig heftigen Ereignis ist sowieso beim ersten Mal Feierabend. Aber, so las ich, sie können eine gewisse Energie aufnehmen, bis sie irgendwann abbrennen.

Suppressordioden:
Sie altert durch Spannungsspitzen nicht, auch Leckstrom und Schwellspannung bleiben gleich. Aber bei einem richtig heftigen Ereignis werden sie ebenfalls thermisch zu heiß und sind dann ebenfalls perdü.

Die Industriehersteller koppeln Varistoren und Suppressordioden gerne mit Sicherungen in der Hoffnung, daß diese Sicherungen durch den erhöhten Stromfluß von +/- gegen PE dann durchbrennen. Kopfzerbrechen macht mir dabei aber die Trägheit der Sicherungen. Der Varistor altert auch durch viele kleine Ereignisse und schaltet irgendwann durch. Die Suppressordiode dagegen würde die vielen, kleinen Ereignisse schadlos überleben.

Problematisch ist auch die Dimensionierung der Sicherung. Die Anlage liefert pro MC4-Kreis ca. 13 A, also muß die Sicherung natürlich oberhalb dieser 13 A dimensioniert sein. Dann allerdings würde sie eigentlich mit Ausnahme eines Blitzvolltreffers, der so oder so nicht überlebt wird, eigentlich schlichtweg nie auslösen, also auch bei Kurzschluß durch den (defekten) Varistor/Suppressordiode nicht.

Was nun? Varistor oder Suppressordiode oder beides?
Wie das Problem mit der Sicherung lösen?

Übrigens: WAGO bietet Überspannungsschutz sowohl als Gasableiter, Varistoren und Suppressordioden an, falls man so etwas fertig kaufen wollte.

Daniel

Hallo Daniel,

wie meinst Du denn, wie die Überspannung am Eingang des Ladereglers zustande kommt? Einen direkten Einschlag hast Du ja ausgeschlossen. 

Alle Überspannungsschäden, die ich bisher hatte, kamen über das Versorgungsnetz und dort insbesondere über den Telefonanschluss der oberirdisch und in Kupfer ausgeführt ist. Ich würde (und mache es auch) die Anlage auf der AC Seite und den Netzwerkanschluss absichern.

Ansonsten eine interessante Diskussion, da ich mich auch immer mal frage ob ich den DC Eingang absichern soll, mangels genauer Erkenntnisse aber noch nicht geḿacht habe.

Viele Grüße,

steve

 

@stc

Wenn der Blitz mit seinen 1,21 GW 😀 100 m von hier entfernt einschlägt (schon einige Male passiert), dann erzeugt das einen elektromagnetischen Impuls, den man z.B. mit einem MW-Radio sogar hören kann. Dazu induziert er in einem Leiter eine Spannung und, weil ein Blitz nun mal eine entsprechende Stromstärke hat, diese Spannung kann recht hoch sein, für den MPPT oder WR vielleicht sogar zu hoch. Aus diesem Grund soll man auch bei einem BKW alle metallischen Halterungselemente mit 16 mm² auf PE ziehen. (Hoffen wir mal, daß das Balkongeländer auch ordnungsgemäß auf PE-Potential liegt.)

Die beiden DC-Leitungen kannst Du aber nicht unmittelbar auf PE legen aus einsichtigem Grund, sondern nur mittelbar, nämlich dann, wenn ein entsprechendes Überspannungsereignis eintritt. Dazu gibt es:

1. Gasableiter
2. Varistoren (VDR)
3. Suppressordioden (TVS)

Die beiden unteren Bauteile habe ich weiter oben schon kurz angerissen. Gasableiter können höhere Energien abbauen, altern auch nicht, sind aber träger als Varistoren oder Suppressordioden. Die Frage ist nun, wie man die drei o.g. Bauteiltypen am besten kombiniert, um die Wahrscheinlichkeit eines Schadens bei einem Einschlag in einer gewissen Nähe so gut es geht zu minimieren.

Daniel

Hallo Daniel,

alles klar, dann hängt eigentlich alles von den Leitungslängen auf der DC und AC Seite ab. Sind die kurz genug würde ich nichts machen, ansonsten einen SPD Typ2 auf der DC und ggf. auch auf der AC Seite einbauen.

Steht auch so in der wirklich gut gemachten Fachinformation des VDE, die oben schon verlinkt wurde.

Viele Grüße,

steve

Veröffentlicht von: @stc

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dann hängt eigentlich alles von den Leitungslängen auf der DC und AC Seite ab. Sind die kurz genug würde ich nichts machen, ansonsten einen SPD Typ2 auf der DC und ggf. auch auf der AC Seite einbauen.

Also die Leitungslängen spielen eine Rolle bei der Länge der Einwirkzeit der Überspannung. Heißt: Wenn es ein kurzes Ereignis ist (so kurz, daß Du es mit bloßem Auge nicht sehen kannst), dann "kann" die Leitungslänge eine Rolle spielen. Sobald Du das Ereignis (den Blitz) aber mit den Augen siehst, ist es in jedem Fall so lang, daß die paar Meter in jedem Fall überwunden werden. Im Klartext: Die Leitungslänge bringt in der Theorie "a bissel" was, aber ich würde sie keinesfalls überschätzen.

Das liegt daran, weil sich eine elektromagnetische Welle im Freiraum mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet, der Strom in einem Leiter aber nur dann, wenn dieser Leiter unendlich dünn wäre. Je dicker der Leiter, desto langsamer die Ausbreitung des elektrischen Stroms wegen der kapazitiven Last des Leiters. Spielt für PV-Zwecke in der Praxis aber eigentlich keine Rolle.

So, mit den SPD Typen 1-4 ist so eine Sache. In den meisten sind Varistoren verbaut, die eine bestimmte Schwellspannung haben, beispielsweise 1,5 kV. Wenn nun ein Blitz in der Nähe einschlägt und dies eine entsprechende Spannung induziert, wird der eingebaute Varistor das gegen PE ableiten, dabei zerstört werden und die vorgeschaltete Sicherung schmelzen. Alles gut! Schlägt nun der Blitz aber etwas weiter weg ein und es werden, sagen wir mal, "nur" 1 kV induziert, also eine Spannung, bei welcher der Varistor noch nicht anspricht, was passiert dann? Um es gleich zu sagen: Ich weiß die Antwort nicht, aber ich befürchte sie.

Beim Selbstbau hättest Du zumindest die Möglichkeit, einen Varistor oder eine Suppressordiode zu Deiner Anlage passend zu wählen. Tja, soviel zur Theorie...

Daniel

 

Vielleicht verstehe ich es ja nicht richtig, aber ein Blitz ist, wenn er brennt, Gleichstrom. Die für elektrische Anlagen schädliche Induktion findet nur bei den Schaltvorgängen statt, d.H. Blitz schlägt ein geht an und geht wieder aus. Wie lange der Lichtbogen (Blitz) brennt spielt für die elektromagnetische Induktion keine Rolle.  Ausschließlich die sogenannte Blitzstromsteilheit ist für die Höhe der induzierten Spannung in Leiterschleifen (was die DC Seite einer Photovoltaikanlage ist) verantwortlich. Wenn alle Solarpanels in Reihe geschaltet sind hat man eine Windung, eine Fläche von ein paar m² und eine Leiterlänge von ein paar Metern. Wenn man es könnte, könnte man die Induktionsspannung in Abhängigkeit zum Abstand des Bitzes berechnen. Ich kann es nicht und verlasse mich daher auf die Abschätzungen in der Fachliteratur.

Meine Anlage hat eine sehr kurze DC Leiterschleife (6m) habt mache ich da einfach nichts und die AC Seite ist sowieso abgesichert.

Ein guter Solarregler hat auch einen Überspannungsschutz auf der DC Seite. z.B. eine P6KE36CA (je nach Spannung) ( https://www.littelfuse.de/products/tvs-diodes/leaded/p6ke/p6ke36ca.aspx)

Das reicht mit einem SPD Typ2 vielleicht schon zum Überleben des Systems

Viele Grüße,

steve

 

 

Veröffentlicht von: @stc

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Ein guter Solarregler hat auch einen Überspannungsschutz auf der DC Seite

Also ich weiß nicht. Bei den MPPTs werden doch immer Maximalspannungen genannt, die die Module haben dürfen. Ich bin mir da absolut unsicher, was eine kurze Spannungsspitze anrichtet oder auch nicht.

Daniel

 

Die im Datenblatt angegebenen Maximalspannungen werden (sehr vereinfacht) durch die MosFET's im Eingang der MPPT Leistungsschaltung bestimmt. Die Angaben stehen im Datenblatt und können vom MPPT dauerhaft verarbeitet werden. Bei den guten Herstellern jedenfalls.

Kein Hersteller schreibt die Spannungen rein, die als Hochspannungspulse bei Gewitter oder sonstigen Aufladungen noch sicher verarbeitet werden können.  Ich hab gerade als Beispiel bei EPEVER   einen MPPT Regler gesehen (Tracer 1210AN), da steht  explizit bei "Schutzfunktonen : TVS-Hochspannungstransienten". Oder bei anderen "Surge Protection" . Das ist genau das, was du brauchst.  Wenn das im Datenblatt zu finden ist,  hat der Hersteller Vorkehrungen gegen kurze Überspannungen getroffen. Du musst Dich halt drauf verlassen, das er seine Arbeit ordentlich gemacht hat.

VIele Grüße,

steve

Veröffentlicht von: @stc

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Ich hab gerade als Beispiel bei EPEVER   einen MPPT Regler gesehen (Tracer 1210AN), da steht  explizit bei "Schutzfunktonen : TVS-Hochspannungstransienten". Oder bei anderen "Surge Protection" . Das ist genau das, was du brauchst.  Wenn das im Datenblatt zu finden ist,  hat der Hersteller Vorkehrungen gegen kurze Überspannungen getroffen. Du musst Dich halt drauf verlassen, das er seine Arbeit ordentlich gemacht hat.

Na, aber das freut mich doch zu lesen. 😀 😀 😀

Was jetzt nicht heißt, daß ich nicht doch lieber übervorsichtig bin und vielleicht doch noch was extra zur Überspannungsableitung einbaue. Sicher ist sicher.

Daniel

 

Das Elend nimmt seinen Lauf...

Inzwischen habe ich mich mit Vorbehalt dazu entschieden, zwischen Solarmodule und WR noch auf dem Balkon in einem IP65-wetterfesten und UV-beständigen Schaltschrank u.a. für drei Stränge je einen DEHNguard DG M YPV SCI 150 (FM) (für 150 V, Typ-2) zu montieren. Wenn ich das richtig verstanden habe, was keineswegs sicher ist, dann sollte der Varistor-DEHNguard bei irgendwelchen nicht näher definierten, induzierten Spannungsspitzen (EMP-Impuls) oberhalb von 150 V und unterhalb von 0,8 kV leitend werden und die Spannungsspitze gegen PE/Erde ableiten. Das heißt, gegenüber PE/Erde kann dahinter nicht für längere Zeit eine Spannung von -0,8 kV bis +0,8 kV anliegen. 

Eine Spannung von -800 bis +800 V gegen PE wird der Victron-MPPT aber trotzdem nicht lustig finden, weswegen ich diesen Typ-2-Grobschutz-Spannungsrahmen gerne mit einem DC-Feinschutz weiter einengen möchte. Aber hier geht das Theater bereits los: Ich habe nämlich möglicherweise drei Spannungspotentiale, auch im WR, nämlich (relativ) DC-Minus, PE und (relativ) DC-Plus. Wenn ich nun Varistoren, Gasableiter oder, wenn möglich, Suppressordioden einbauen wollte, schalte ich diese dann zwischen

1. + und - (kann eigentlich in keinem Fall schaden),
2. + und PE sowie - und PE,
3. zusätzlich noch zwischen allen + und allen -,

denn auch zwischen den Strängen könnten, solange ich keinen Schaltplan des WRs habe, unterschiedliche Spannungspotentiale sein und ohne Schaltungskenntnis dürfte es schwierig werden, einen geeigneten ÜSS für den eigenen WR zu bauen. Oder anders: Da könnte alles mögliche an (relativen) Spannungspotentialen sein, beispielsweise auch PE, 15 V (für DC-Minus) und maximal 115 V (für maximal DC-Plus), denn der Abstand zwischen - und + wären hier ja ebenfalls nicht größer als 100 V.

Bei den Herstellern ist zu dem Thema nicht viel zu finden. Die ÜSS/SPD-Produzenten bieten normalerweise Varistor-Typ-2-Lösungen für 600, 800, 1000 und 1200 V an, manchmal auch in Kombination mit Gasableitern und Funkenstrecken. Balkonkraftwerke oder Mikro-PV-Anlagen werden stets komplett ausgeklammert, warum auch immer.

Wer hat eine Idee, wie ich mich für einen Feinschutz weiter vortasten könnte?

Daniel

Hallo Daniel

Bei mir ist je String ein Varistor Modul mit zwei Varistoren von + und - nach PE eingebaut.

mit freundlichen Grüßen

Thomas

Veröffentlicht von: @leverkusen3

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Bei mir ist je String ein Varistor Modul mit zwei Varistoren von + und - nach PE eingebaut.

Hallo Thomas, da hätte ich noch drei Rückfragen:

• Welche Maximalspannung hat Dein MPPT?
• Welche Leerlaufspannung hat Dein Strang?
• Welche Durchbruchspannung haben die beiden Varistoren in Deinem Modul (oder welches Modul (Hersteller, Typ) ist das)?

Das wäre total super, wenn Du mir das noch mitteilen könntest. 🙂 🙂 🙂

Daniel

 

Hallo Daniel

Die Maximalspannung am MPPT Eingang ist ca 200V, der MPPT kann 250 V.

Die Varistoren sind mit UP = 600V bedruckt. Das sind billige Module für die Hutschiene von Aliexpress.

Der Hersteller ist Sunpole, die Bezeichnung ist SUP6H-PV. Jeweils zwei Sopressor Module hängen an einem PE Anschluss.

Der PE ist mit 50cm 6 mm2 zur PE Schiene geführt und geht von dort mit 16 mm2 zum Fundamenterder.

mit freundlichen Grüßen

Thomas