NA-Schutz – Netz- und Anlagenschutz – was genau ist das eigentlich?
NA-Schutz – Netz- und Anlagenschutz – was genau ist das eigentlich? Seit dem das in Mikrowechselrichtern von Deye und anderen Herstellern fehlende NA-Schutz-Relais Wellen schlägt, schwimmt auch der Begriff „NA-Schutz“ auf diesen Wellen der Berichterstattung mit. Aber was ist dieser „Netz- und Anlagenschutz“ eigentlich? Was macht er, wie funktioniert er und was schützt er? Schauen wir uns das mal an.
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Der Netz- und Anlagenschutz (NA-Schutz) ist eine automatische Abschaltvorrichtung für dezentrale Stromerzeuger. Bei Fehlern stellt diese die sofortige Abschaltung der Stromerzeugung und Stromeinspeisung sicher, um das Stromnetz zu schützen. Der NA-Schutz überwacht Spannung, Frequenz und gegebenenfalls einen „Inselbetrieb“ der Anlage und schützt vor potenziellen Gefahren. Der NA-Schutz erfüllt dabei mehrere Funktionen, darunter die Kontrolle der Energieeinspeisung, die Stabilisierung des Stromnetzes und je nach Auslegung die Erstellung von Fehlerlisten. Unterschiedliche Länder haben spezifische Standards für den NA-Schutz, und Quellen bieten weitere Informationen zu seiner Anwendung und Richtlinien für den Anschluss kleiner Generatoren an das Niederspannungsnetz. Als Niederspannungsnetz bezeichnet man das normale Stromnetz, das Haushalte und andere übliche Verbraucher versorgt. Hochspannunsnetze dienen dem Transport von Strom über weite Strecken. Das sind die Hochspannungsmasten, die du typischerweise in der Landschaft stehen siehst.
NA-Schutz – Netz- und Anlagenschutz – in Deutschland
In Deutschland sind Stromerzeugungsanlagen mit Kapazitäten von 30 kW bis 135 kW gemäß der VDE-AR-N 4105:2018-11 verpflichtet, einen NA-Schutz zu haben. Dieses Schutzsystem überwacht Spannung und Frequenz, um die Einhaltung der Netzanforderungen sicherzustellen und „Inselnetze“ zu verhindern. Im Falle von Störungen muss der NA-Schutz das System innerhalb von 0,2 Sekunden abtrennen. Der NA-Schutz besteht aus einem Schutzrelais und einem Leistungsschalter, die typischerweise am Messpunkt installiert werden. Für kleinere Fotovoltaikanlagen sind dezentrale Lösungen oder die Integration in programmierbare Steuerungen wie Solarwechselrichter möglich.
Schutz von Netz und Personal
Die Verwendung eines NA-Schutz in Balkonkraftwerken schützt aber nicht nur das Netz. Als „Nebenwirkung“ eliminiert er auch das Risiko von Stromschlägen. Wenn ein Elektriker beispielsweise an den Stromleitungen des Hausnetzes arbeitet und dafür den Strom abschaltet, dann kappt der NA-Schutz sofort die Stromproduktion des Balkonkraftwerkes. Würde das nicht geschehen, würde der Mikrowechselrichter weiter Wechselstrom in Hausnetz einspeisen und die Leitungen wären nicht stromfrei. Der Elektriker bekäme dann eventuell einen elektrischen Schlag bei den Arbeiten an Kabeln, Anschlüssen und so weiter.
NA-Schutz wichtig für die Stabilität des Netzes
Der NA-Schutz ist wichtig für die Steuerung dezentraler Energieerzeugung und die Vermeidung von Spannungs- und Frequenzproblemen. In der VDE AR-N 4105 werden Energieversorger verpflichtet, Spannung und Frequenz in ihren Stromnetzen innerhalb der Grenzwerte der DIN EN 50160 zu halten. Eine automatische Leistungsreduzierung ist erforderlich, um sie zu stabilisieren. Wenn Spannung und/oder Frequenz die Grenzwerte überschreiten, werden die Erzeugungssysteme wie beispielsweise Balkonkraftwerke vom Netz getrennt. Nehmen wir ein primitives Beispiel. Schlägt irgendwo in der Nähe deines Hauses der Blitz ein, entsteht im Stromnetz dadurch eventuell eine Überspannung. Der NA-Schutz löst aus, damit der dezentrale Stromerzeuger – dein Balkonkraftwerk – nicht noch mehr Strom ins kurzfristig überlastete Netz schiebt.
Sobald die Parameter wieder normal sind, können sich die Systeme automatisch wieder verbinden. Sprich wenn die Überspannung des Blitzeinschlags im Stromnetz wieder abgebaut ist, fährt der Mikrowechselrichter wieder hoch, dein Balkonkraftwerk produziert wieder Strom.
Wo steckt der NA-Schutz
Der NA-Schutz kann sowohl zentral am Messpunkt als auch dezentral in Unterverteilungen einer Erzeugungsanlage stecken. Bei großen PV-Anöagen also beispielsweise im Stringwechselrichter im Keller, oder auch im Schaltschrank. Bei kleinere Fotovoltaikanlagen – also Balkonkraftwerken – ist der NA-ASchutz dementsprechend im Mikrowechselrichter integriert. Verschiedene Hersteller bieten Geräte für zentralen oder dezentralen NA-Schutz an, die in der Regel im Schaltschrank auf DIN-Schienen (auch Hutschiene genannt) montierbar sind. Die voreingestellten Werte für überwachte Parameter sind gemäß der Niederspannungsrichtlinie festgelegt, können aber bei einigen Geräten angepasst werden.
Der Kuppelschalter besteht aus zwei redundanten Komponenten mit ausreichender Lastschaltkapazität. Motorschutzschalter oder mechanische Leistungs-/Lasttrennschalter sind in größeren Systemen erlaubt, während in kleineren Systemen Schütze verwendet werden können. Schütze und Motorschutzschalter/Leistungs-/Lasttrennschalter unterscheiden sich in ihrer Funktionsweise. Ein Schütz ist monostabil und benötigt eine kontinuierliche Energieversorgung für die „Ein“-Position, wobei er 4 bis über 20 Watt verbraucht. Motorschutz-/Leistungs-/Lasttrennschalter sind bistabil und müssen manuell aktiviert werden, benötigen aber keine konstante Energie. Sie schützen Geräte/Schaltungen vor Überlastung und erfordern zusätzliche Ausrüstung für den automatischen Betrieb. Ein geeigneter Motorantrieb wird für die automatische Aktivierung verwendet, und eine entsprechende Spule für die Deaktivierung. Ein Spannungsauslöser gewährleistet eine sichere Abschaltung bei Stromausfall und verbraucht etwa 2,5 bis 10 Watt. Schütze sind kostengünstig und leicht zu steuern, während Motorschutz-/Leistungs-/Lasttrennschalter Schutz mit zusätzlicher Ausrüstung bieten.
Kuppelschalter oder eben das viel diskutierte Relais
Ok nach diesem deftigen „Techno-Babbel“ kurz vereinfacht: Dieser „Kuppelschalter“ ist bei einem Mikrowechselrichter für Baslkonkraftwerke genau dieses Relais, um dass es in der aktuellen „Deye-Debatte“ geht. Der Mikrowechselrichter muss redundant aufgebaut sein. Stufe eins des NA-Schutzes ist die elektronische Schutzschaltung, die den Wechselrichter abschaltet, sobald im Stromnetz eine Störung vorliegt – sprich der Strom „weg“ ist- Und die zweite, redundante Stufe ist eben das Relais als sozusagen mechanischer Kuppelschalter, der den Mikrowechselrichtert vom Netz kappt, falls Stufe eins versagt.
NA-Schutz muss in 200 Millisekunden auslösen
Die Schutzeinstellungen für Spannungs- und Frequenzschutz, also der NA-Schutz, in elektrischen Systemen sind vorgegeben. Die spezifischen Werte für Spannung und Frequenzbereich werden durch den NA-Schutz überwacht. Sobald diese Werte von der Norm abweichen, erfolgt die „, und die „allpolige“ Abschaltung. Die vorgegebene Reaktionszeit von 200 Millisekunden ist entscheidend für die ordnungsgemäße Funktion.
Für die Nerds unter Euch noch ein paar Details zum Schluss: Unterschiedliche Arten von elektrischen Verteilungsnetzen (TN-S, TT) werden beschrieben, und die Bedeutung der allpoligen Abschaltung im Kontext von Schutzrelais (Kuppelschalter) wird hervorgehoben. Es wird betont, dass in TN-C– und TN-C-S-Netz der Kuppelschalter nur die drei Phasen schalten sollte, während er in anderen Netztypen sowohl die Phasen als auch den Neutralleiter (N-Leiter) schalten muss. TN-S- und TT-Netze sind seltener im deutschen Niederspannungsnetz anzutreffen, und es werden entsprechende Schutzmaßnahmen empfohlen, insbesondere in TT-Netzen aufgrund variabler Erdwiderstände. Die VDE 4105 erlaubt nur eine asymmetrische Einspeisung von bis zu 4,6 Kilowatt. Für Systeme über 13,8 Kilowatt müssen einphasige Wechselrichter kommunikativ mit dreiphasigen Wechselrichtern verbunden werden. Größere PV-Systeme verwenden in der Regel entsprechend dimensionierte dreiphasige Wechselrichter. In symmetrischen Drehstromsystemen genügt ein dreipoliger Leistungsschalter bei Verbindung mit TN-C-Netzen. Einige Energieanbieter können eine vierpolige Abschaltung auch für symmetrische Einspeisung verlangen, was zu Debatten über ihre Sicherheitsimplikationen führt.
Fazit
So ich hoffe, dieser Artikel über den NA-Schutz – Netz- und Anlagenschutz – war nicht zu kompliziert und verstehbar, damit Du nachvollziehen kannst, warum diese Schutzeinrichtung „richtig und wichtig“ ist und nicht einfach nur eine lästige Norm oder Vorschrift. Ein NA-Schutz – Netz- und Anlagenschutz – würde nicht vorgeschrieben, wenn er nicht sinnvoll und nützlich und auch sicherheitsrelevant ist.
2 Comments
Martin V.
Warum wird jetzt bei Balkonkraftwerken (die ja nur 600W erzeugen) der NA-Schutz so breit diskutiert, wenn die VDE 4105 erst bei Erzeuger über 30kW gefordert werden.
Wird evtl. eine andere Norm vorgeschrieben?
Für Personenschutz installiere ich Grundsätzlich einen FI auf der Balkon-Einspeise-Seite…
Andreas
Das mit „über 30kW“ gilt für das Herstellen eines externen NA-Schutzes, der in der Regel am Zählerplatz realisiert wird. Bei anlagen unter 30 kVa, also auch Balkonkraftwerken, genügt ein NA-Schutz, der im Wechselrichter integriert ist. Die VDE 4105 gilt aber eben auch für die und fordert eben das Relais als zusätzlichen galvanisch trennenden Schutz.