D iese VDE-Anwendungsregel er-setzt die 4. Ausgabe der VDEW-Richtlinie »Eigenerzeugungsan-

lagen am Niederspannungsnetz«. Insbe-sondere Änderungen an elektrischen Er-zeugungsanlagen sind zu beachten, dadiesewesentliche Auswirkungen auf daselektrische Verhalten am Netzanschlusshaben. Anschlussveränderungen umfas-sen Umbau, Erweiterung, Rückbau oderdie Demontage einer Kundenanlage so-wie die Änderung der maximalenScheinleistung einer Erzeugungsanlageoder des Netzanschlusskonzepts.

Definition von erzeugungsanlagen

Zur Planung eines Netzanschlussessowie für den umgebauten, veränder-ten Teil einer Erzeugungsanlage gelten

die zum Zeitpunkt der Antragstellunggültigen technischen Anschlussbedin-gungen (TAB) der Netzbetreiber. BeiErzeugungsanlagen, die zwar auf derNiederspannungsebene angeschlossenwerden, aber über einen separatenKundentransformator mit dem Mittel-spannungsnetz des Netzbetreibers ver-bunden sind, liegt der Anschlusspunktim Mittelspannungsnetz. Für die An-schlussbeurteilung in diesem Fall istdie Richtlinie »Erzeugungsanlagen amMittelspannungsnetz« des BDEW (Bun-desverband der Energie- und Wasser-wirtschaft e.V.) zuständig. Als Erzeu-gungsanlagen gelten:• Wasserkraft-, PV-und Brennstoff-zellenanlagensowie

• Generatoren, die vonWärmekraftma-schinen angetrieben werden (Block-heizkraftwerke).

Allgemeine Voraussetzungen

Erzeugungsanlagen sind unter Beach-tung der gültigen Bestimmungen undVorschriften so zu errichten und zubetreiben, dass diese für den Parallel-betrieb mit dem Niederspannungsnetzgeeignet sind und unzulässige Rückwir-kungen auf das Netz oder andere Kun-denanlagen vermieden werden.

Wie in den höheren Spannungsebe-nen werden zukünftig auch die in

Elektroinstallation

32 de 21/2011

Die vollständige Bezeichnung der in diesem Beitrag erläuterten

VDe-Anwendungsregel lautet: VDe-AR-n 4105 (AR-n-4105):2011-08,

erzeugungsanlagen am niederspannungsnetz – Technische Mindest-

anforderungen für Anschluss und Parallelbetrieb von erzeugungs-

anlagen am niederspannungsnetz.

Die neue VDe-AR-n 4105Bessere Integration dezentralerStromerzeugungsanlagen

Auf einen BlickDiese neue Anwendungsregel gilt fürdie Planung, Errichtung, für denBetrieb und Veränderungen an Er-zeugungsanlagen, die an das Nieder-spannungsnetz eines Netzbetreibersangeschlossen werden. Sie stellt einemarkante Änderung im Vergleich zurfrüher gültigen VDEW-Richtlinie »Ei-generzeugungsanlagen am Nieder-spannungsnetz« dar und ist alsMeilen-stein auf dem Weg zur zunehmendenAusrichtung auf Erneuerbare Energienin Deutschland zu sehen. Es geht vorallem darum, dezentrale Stromerzeu-gungsanlagen besser in das Stromnetzzu integrieren.

Bild 1: Anschlussbeispiel für Volleinspeisung bis max.13,8kVA

Bild 2: Standardkennlinie für blindleistungsfähigeWechselrichter

HAK

Z1

L1 L2 L3

1~ 1~ 1~===

Z1 – BezugszählerZ2 – Bezug und Lieferung Erzeugungsanlage

Kurz- undÜberlastschutz,ggf. RCD

Anlagenleistung4,6kVA < SAmax ≤ 13,8kVA

Photovoltaikgeneratormit Umrichter SEmax ≤ 4,6kVA

Verbraucheranlage

NA-Schutz

NA-Schutz

NA-Schutz

Z2

0,9/0,95cos j

übererregt /kapazitiv

untererregt / induktiv

10,2 0,5 1,0

0,9/0,95

P

Bild 3: Anschlussbeispiele für Volleinspeisung bis max. 30,0kVA

NA-Schutz

NA-Schutz

NA-Schutz

NA-Schutz

NA-Schutz

NA-Schutz

3~=

3~=

3~=

1~=

1~=

1~=SEmax

z.B. 11kVA 11kVA 9kVA SEmax ≤ 10,0kVA

Kommu-nikativeKopplung

Kurz- und Überlast-schutz, ggf. RCD

Kurz- und Überlast-schutz, ggf. RCD

L1 L2 L3L1 – L3L1 – L3L1 – L3

Photovoltaikgenerator mit Umrichter SAmax ≤ 30,0kVA

Niederspannungsnetze einspeisendenErzeugungsanlagen an der statischenSpannungshaltung beteiligt. Sie habendaher während des normalen Netz-betriebs ihren Beitrag zur Spannungs-haltung im Niederspannungsnetz zuleisten. Dies hat unmittelbare Auswir-kungen auf die Ausführung der Anla-gen, damit auch in Zukunft die Einhal-tung der Spannungsqualität nach DINEN 50160 gewährleistet bleibt.

Folgende Vorschriften sind für dasErrichten und den Betrieb einzuhalten:• die jeweils gültigen gesetzlichen und

behördlichen Vorschriften;• die gültigen DIN-Normen und DIN-

VDE-Normen,• die Arbeitsschutz- und Unfallverhü-

tungsvorschriften der zuständigenBerufsgenossenschaften und

• die Bestimmungen und Richtliniendes Netzbetreibers, insbesondere dieTechnischen Anschlussbedingungen(TAB).

Alle Arbeiten an elektrischen Anlagenhinter der Hausanschlusssicherung dür-fen nur durch einen im Installateurver-

zeichnis des Netzbetreibers geführtenElektroinstallateur ausgeführt wer-den – ausgenommen: Instandhaltungs-arbeiten hinter der Messeinrichtung.

Bedeutung für PV-Anlagen

Die neue VDE-AR-N 4105 befindet sichzurzeit in der Einführung und wird eineVeränderung der Ausführung derSchutzmaßnahmen, Einstellungen anSchutz- und Überwachungseinrichtun-gen und den allgemeinen Anschlussbe-dingungen bewirken. Von diesenÄnderungen sind insbesondere dieWechselrichterhersteller, Planer undErrichter von PV-Systemen und Elektro-installateure betroffen.

Eine Änderung der Netzanschlussbe-dingungen wurde erforderlich, da seitJuli 2011 PV-Anlagen mit einer Gesamt-leistung von ca. 18GW größtenteils amNiederspannungsnetz betrieben wer-den. Damit hat die solare Stromerzeu-gung eine nicht unbeachtliche Rolle fürdie Stromversorgung übernommen. Ausdiesem Grunde muss gewährleistet wer-

den, dass diese installierte Leistung dasVerbundnetz bei Lastschwankungenund Kurzschlüssen mit aufrecht erhält.

Somit wird gefordert, dass solareStromerzeuger in Zukunft Blindleis-tung im Verbundnetz zur Verfügungstellen, bei Frequenzabweichung nichtgleichzeitig abschalten, die Leistungsteuerbar wird und eine schlagartigeWiederzuschaltung der Gesamtleistungverhindert wird.

Installierte Scheinleistung

Die Anforderungen hinsichtlich derUmsetzung der Schutzziele und Errei-chung der statischen Spannungshal-tung werden abhängig von der gesamtinstallierten Scheinleistung definiert.

Die maximale Scheinleistung einerErzeugungsanlage (SAmax) ergibt sichaus der maximalen Wirkleistung unddem vom Netzbetreiber vorgegebenenVerschiebungsfaktor:

SP

AA

maxmax

cos=

ϕ

Elektroinstallation

Diese maximale Scheinleistung bildetdie Grundlage für die Netzanschluss-prüfung seitens des Netzbetreibers.

Anmelden und inbetriebsetzen

Das Anmeldeverfahren zum Anschlussan das Niederspannungsnetz wird durchden zuständigen Verteilnetzbetreiber(VNB) der Region in den technischenAnschlussbedingungen (TAB) geregelt.Zur Anmeldung sind dem VNB, die inder VDE-AR-N 4105 beschriebenenUnterlagen zu übergeben.Eine alleinige Inbetriebsetzung

durch den Errichter ist zur Gewährleis-tung der Sicherheit beim Netzbetriebund der Spannungsqualität nicht zuläs-sig. Der erstmalige Parallelbetrieb unddie Inbetriebsetzung erfolgt nachgemeinsamer Terminabstimmung mitdem VNB durch den Errichter und wirdbei Bedarf durch den Netzbetreiberbegleitet. Es ist ein Inbetriebsetzungs-protokoll in zweifacher Ausfertigunganzufertigen, wobei ein Exemplar demAnlagenbetreiber und das andere demNetzbetreiber ausgehändigt wird. DasInbetriebsetzungsprotokoll ist durchden Anlagenbetreiber und den Anla-generrichter zu unterschreiben.

Netzanschlusspunkt undNetzrückwirkungen

Der Netzbetreiber ermittelt auf Grund-lage der eingereichten Unterlagen dengeeigneten Netzanschlusspunkt, an demdie Erzeugungsanlage an das öffentliche

Stromversorgungsnetz angeschlossenwird. Dieser Netzübergabepunkt mussdie beantragte Leistung in einer Artund Weise übertragen können, dasskeine störenden Rückwirkungen durchdie Eigenerzeugungsanlage bestehenund die Versorgung anderer Kundenbeeinträchtigt wird.Im Regelfall wird die bestehende

Übergabestelle der Bezugsanlage hier-für genutzt. Wird eine separate Über-gabestelle für die Erzeugungsanlagenotwendig, so ist sicherzustellen, dasdie Erzeugungs- und Verbraucheran-lage voneinander elektrisch getrenntbleibt. Der neue Übergabepunkt ist mitder Aufschrift »Trennstelle Erzeugungs-anlage – Versorgungsnetz« vom Eigen-tümer der Übergabestelle zu beschrif-ten.Die Erzeugungsanlage ist so zu pla-

nen, zu bauen und zu betreiben, dassRückwirkungen auf das Netz des Netz-betreibers und die Anlagen andererKunden auf ein zulässiges Maß dauer-

haft begrenzt werden. Treten trotzdemstörende Rückwirkungen auf, so hatder Kunde in seiner Anlage Maßnah-men zu treffen, die mit dem Netzbe-treiber abzustimmen sind.Schnelle Spannungsänderungen, Fli-

cker, Oberschwingungen, Spannungs-unsymmetrien und Kommutierungsein-brüche können unzulässige Störungenverursachen und sind aus diesemGrunde auf die in der AR-N-4105 ange-gebenen Werte begrenzt.

Anschlusskriterien desNetzbetreibers

Für die technische Ausführung der Kun-denanlage mit einer Erzeugungsanlagesind die technischen Anschlussbedin-gungen (TAB) des Netzbetreibers zubeachten. Die Erzeugungsanlage ist imFalle einer Volleinspeisung in das Netzdes Netzbetreibers fest an einem dergültigen TAB entsprechenden Zähler-platz anzuschließen. Dabei erfolgt dieEinspeisung auf den Zählerplatz immerüber den oberen Anschlussraum.Ausnahme bilden hier die Erzeu-

gungsanlagen, die mit Überschussein-speisung betrieben werden. In diesemFall können die Erzeugungsanlagenauch an Unterverteilungen angeschlos-sen werden. Erzeugungsanlagen sindgrundsätzlich als symmetrische, drei-phasige Drehstromgeneratoren auszu-legen und an das Netz anzuschließen.Die Anlagenleistung der Erzeugungs-anlage bestimmt die genaue Ausfüh-rung der Drehstromgeneratoren, dieerforderlichen Schutzmaßnahmen, dieMaßnahmen zur statischen Spannungs-haltung und die Einstellwerte für denNA-Schutz.

Elektroinstallation

34 de 21/2011

mehr iNFoS

Fachbeitrag zum ThemaKrampitz, Iris: Wechselrichter inder Pflicht, »pv-praxis.de« 2/2011,S. 32 ff.

Link zum Themawww.bfe.de

Bild 4: Anschluss-beispiel für Voll-einspeisung bismax. 100,0kVA

Bild 5: Kennlinie zur Leistungsreduktion beiFrequenzanstieg

Bild 6: NA-Schutzrelais – der Netz-und Anlagenschutz wirkt auf einenKuppelschalter

3~ 3~ 3~

===

Kurz- und Überlast-schutz, ggf. RCD

ZentralerNA-Schutz mitKuppelschalter

3~/N/PE

3~/N/PE

4

4

WR ohne NA-Schutzmit integriertemKuppelschalter

SEmax z.B. 16kVA 16kVA 12kVA

Photovoltaikgeneratormit Umrichter SAmax ≤ 100kVA

NA-Schutz

100

48

0

P M[%]

P Amax[%]

t [min]

Leistungssteuerungin Abhängigkeitder Netzfrequenz»Fahren auf der

Kennlinie«

WiederkehrendeLeistungsabgabean das Netz

fNetz [Hz]47,5 50 51,5

50,2

100

0 5 10

Quelle:www.ziehl.de

Anlagen bis 4,6kVA je AußenleiterZur Vermeidung von Spannungsunsym-metrien ist die einphasige Einspeisungnur bis zu einer maximalen Scheinleis-tung einer Erzeugungseinheit (Wech-selrichter) von SEmax ≤ 4,6kVA für jedenAußenleiter zulässig. Somit ist es mög-lich, ohne weitere Maßnahmen bis zudrei einphasige Wechselrichter mit4,6kVA (Summe 13,8kVA) an dasNiederspannungsnetz anzuschließen(Bild 1).PV-Anlagen müssen ab einer Leis-

tung von 3,68kVA über eine Blindleis-tungssteuerung zur statischen Span-nungshaltung im Niederspannungsnetzverfügen. Wechselrichter müssen hier-zu kapazitive Blindleistung aus demNetz aufnehmen können, wofür einübererregter Verschiebungsfaktor (cos j)notwendig ist. Zur Aufnahme indukti-ver Blindleistung ist ein untererregterVerschiebungsfaktor (cos j) notwendig.PV-Anlagen bis zu einer Gesamtleis-tung von 13,8kVA müssen einen cos jübererregt/untererregt von 0,95 be-reitstellen. Die Aufnahme der Blindleis-

tung erfolgt, je nach Netzbetreibervor-gaben, in Abhängigkeit der abgegebe-nen Wirkleistung gemäß einer vorge-gebenen Standardkennlinie (Bild 2)oder auf Grundlage eines fest einge-stellten Verschiebungsfaktors. Der Ver-teilnetzbetreiber kann die Einstellungeiner anderen Kennlinie in Abhängig-keit von der Netztopologie, Auslastungu. a. netztechnischen Erfordernissenbei Bedarf verlangen. EntsprechendeVorgaben erhält der Anlagenbetreibervom Netzbetreiber mit der Anschluss-genehmigung.

Anlagen 13,8kVA bis 30kVABei einer Anlagenleistung über13,8kVA ist die einzusetzendeWechsel-richtertechnik dreiphasig auszuführen.Dieses kann durch den Einsatz vondreiphasig einspeisenden Umrichternerreicht werden oder durch die Mög-lichkeit, die Umrichter kommunikativzu kuppeln. Die kommunikative Kopp-lung muss so ausgeführt sein, dass dieeinphasigen Erzeugungseinheiten je-derzeit auch bei Ausfall einzelner Bau-

gruppen wie ein symmetrischer Dreh-stromumrichter einspeisen (Bild 3). PV-Anlagen mit einer Gesamtleistung von13,8kVA bis 30kVA müssen einen cos jübererregt/untererregt von 0,90 ge-währleisten.

Anlagen 30kVA bis 100kVAFür Anlagen > 30kVA gelten die glei-chen grundlegenden Anforderungen,wie für Anlagen von 13,8kVA bis30kVA. Hier wird ein zentraler NA-Schutz in einfehlersicherer Ausführunggefordert. Dieser NA-Schutz wirkt aufeinen oder mehrere Kuppelschalter.Somit kann die bisher geforderte jeder-zeit zugängliche Trennstelle entfallen(Bild 4).

Anlagen größer 100kVAFür Anlagen > 100kVA gelten die glei-chen grundlegenden Anforderungen,wie für Anlagen von 30kVA bis 100kVA.Hinzu kommt hier ein Erzeugungsma-nagement mit der Möglichkeit einerferngesteuerten Leistungsbegrenzungdurch den Netzbetreiber.

Elektroinstallation

Durch den Netzbetreiber wird nur das benötigteSignal zur Anforderung der Leistungsreduktion aufeinen bestimmten prozentualen Wert der Ge-samtleistung übertragen. Bewährt haben sich zumgegenwärtigen Zeitpunkt Sollwerte von 100%,60%, 30% und 0%. Die Reduzierung der Einspeise-leistung liegt im Verantwortungsbereich des Anla-genbetreibers.

Eine entsprechende Steuerung der Wechselrichterist durch den Anlagenbetreiber sicherzustellen. Diedurch eine Abschaltung entstandenen Ertragsaus-fälle werden durch den Netzbetreiber ermittelt unddem Anlagenbetreiber erstattet.

Netz- und Anlagenschutz bei Überfrequenz

Eine selbsttätige Schaltstelle zwischen einer netzpa-rallelen Eigenerzeugungsanlage und dem öffent-lichen Niederspannungsnetz nach DIN V VDE V 0126-1-1, wie sie bisher gefordert war, musste beimÜbersteigen einer Frequenz von 50,2Hz zur Abschal-tung des Wechselrichters führen. Durch die sprung-hafte Änderung der Erzeugungsleistung sind Netz-ausfälle zu erwarten. Für die Netzsicherheit werdendaher mit der AR-N 4105 veränderte Parameter ein-geführt, die in dem Entwurf DIN V VDE V 0126-1-1/A1:2011-06 eingearbeitet wurden.

Beim Überschreiten der Grenzfrequenz von50,2Hz wird eine stufenlose Leistungsreduzierungvorgenommen. Hierzu wird die zum Zeitpunkt derÜberschreitung der 50,2Hz momentan erzeugteWirkleistung (PM) festgehalten und mit einem Gra-dienten von 40% von PM je Hertz abgesenkt (Bild 5).Beim Erreichen der Frequenz von 51,5Hz muss sichdie Anlage vom Netz trennen. Bei einem Wechsel-richter mit integriertem Netz- und Anlagenschutz(NA-Schutz), sind die Parameter gemäß Bild 5 fürden Frequenzrückgangsschutz f < 47,5Hz und denFrequenzsteigerungsschutz f > 51,5Hz einzustellen.

Liegt der Wert für die Netzfrequenz wieder< 50,2Hz, darf die bereitstehende Erzeugungsleis-tung nicht sprunghaft wieder zugeschaltet werden.Die Leistungsabgabe der Wechselrichter wird miteinem Gradienten von 10% der maximalen Wirkleis-tung (PAmax) in 1min, wieder auf das verfügbareMaximum hochgefahren. Nicht regelbare Wechsel-richter dürfen sich im Frequenzbereich zwischen50,2Hz und 51,5Hz in 0,1-Hz-Schritten abschalten.

Netz- und Anlagenschutz bei > 30kVA

Der Netz- und Anlagenschutz (NA)-Schutz soll dieEigenerzeugungsanlage bei unzulässigen Span-nungs- und Frequenzwerten vom Netz abschaltenund somit verhindern, dass die Anlage im Inselbe-trieb weiter das versorgende Netz speist. Bis auf denSpannungssteigerungsschutz U sind alle Schutzfunk-tionen unveränderbar im NA-Schutz einzustellen.

Bei einem NA-Schutz handelt es sich um eine typ-geprüfte Schutzeinrichtung mit Konformitätsnach-weis (Bild 6). Dieser NA-Schutz ist am zentralen Zäh-lerplatz für Anlagen > 30kVA gefordert. Er ist ineinem Verteilerfeld (nicht im oberen Anschlussraum)

de 21/2011

unterzubringen und muss plombierbaroder passwortgeschützt sein.Der NA-Schutz wirkt auf einen Kup-

pelschalter. Die Funktion des Kuppel-schalters wird über eine am NA-Schutzbefindliche Prüftaste erprobt. Die Ab-schaltung muss innerhalb von 200mserfolgen. Der Kuppelschalter bestehtaus zwei in Reihe geschalteten, elektri-schen Schalteinrichtungen und ist somitredundant ausgeführt. Die allpoligenSchalteinrichtungen müssen u.a. überein Lastschaltvermögen verfügen undsind für die jeweilige Bemessungslei-stung und die auftretenden Kurz-schlussströme auszulegen. Das allpoligeSchalten aktiver Leiter schließt denNeutralleiter mit ein. Die Schalteinrich-tungen müssen keine Trennfunktionnach DIN VDE 0100-460 (VDE 0100-460)aufweisen, so dass auch Schütze beiAnlagen bis 100kVA zum Einsatz kom-men dürfen.

Prinzip der EinfehlersicherheitDer zentrale NA-Schutz muss denAnforderungen der Einfehlersicherheit

genügen. Diese Betriebsmittel müssenunter Verwendung der grundlegendenSicherheitsprinzipien ausgelegt sein, sodass sie den zu erwartenden Betriebs-beanspruchungen und äußeren Einflüs-sen standhalten können. Fehler einzel-ner Bauteile müssen durch andereBaugruppen erkannt werden und zurAbschaltung führen.Die Einstellwerte der Schutzfunktio-

nen und die letzten fünf datierten Feh-lermeldungen müssen am NA-Schutz,in jedem Betriebszustand und ohne

weitere Hilfsmittel, ablesbar sein. Essind die in der obigen tabelle darge-stellten Schutzfunktionen am zentralenNA-Schutz einzustellen. Die zeitlicheVorgabe von 100 ms für den Schutzre-lais-Einstellwert geht von einer maxi-malen Eigenzeit für den NA-Schutz +Kuppelschalter von ebenfalls 100 msaus. Damit ergibt sich eine Gesamtab-schaltzeit von maximal 200ms.

Sven Bonhagen,BFE Oldenburg

Elektroinstallation

ZENtrAlEr NA-SchutZSchutzfunktion Schutzrelais-Einstellwerte

Spannungsrückgangsschutz U < 0,8·Un < 100ms

Spannungssteigerungsschutz U > 1,1·Un < 100ms

Spannungssteigerungsschutz U >> 1,15·Un < 100ms

Frequenzrückgangsschutz f < 47,5Hz < 100ms

Frequenzsteigerungsschutz f > 51,5Hz < 100ms

Einstellwerte für den zentralen NA-Schutz