Reihenklemmen für 1000 V DC-Anwendungen 1

Weidmüller unterzieht seine Reihenklemmen, die im Photovoltaik-Bereich zum Einsatz kommen, einem Teilentladungstest mit DC-Spannung. Die Qualitäts-prüfung ist bisher einmalig bei diesen Komponenten und stellt sicher, dass die Klemmen einer Spannung von 1000 V DC bei jeglichen Klimabedingungen dauerhaft standhalten. Weidmüller ist damit nach eigenen Angaben der erste und derzeit einzige Hersteller, der die Isolation seiner Reihenklemmen auf Langzeitstabilität unter DC-Bedingungen untersucht. Nur Reihenklemmen, die diese Qualitätsprüfung bestanden haben, sorgen für einen sicheren Betrieb von Photovoltaik (PV)-Anlagen bei Spannungen von 1000V DC. Isolierstrecken reagieren auf Teilentladungstests mit AC-Spannung völlig anders, als auf Teilentladungstests mit DC-Spannung.

Die Isolierdicke, Klemmenabmessungen oder andere physikalische Eigenschaften erlauben somit einzeln betrachtet keinen Rückschluss darauf, ob die Reihenklemme für 1000-V-DC-Anwendungen tauglich ist oder nicht. Bei DC-Anwendungen muss die Kombination der Eigenschaften von Reihenklemmen betrachtet werden, denn erst sie qualifiziert Reihenklemmen für einen zuverlässigen Einsatz.

Aus diesem Grund gibt Weidmüller jeden einzelnen Reihenklemmentyp für verschiedene Konfigurationen von Klemmleisten frei. Eine Liste der freigegebenen Reihenklemmen steht als Download im Internet bereit.

Zur Erzielung höherer Systemspannungen werden bei der Installation von Photovoltaikmodulen einzelne Panels in Reihe zu sogenannten Strings geschaltet. Für diese Anwendung unterzieht Weidmüller Reihenklemmen für 1000 V DC einem Teilentladungstest mit DC-Spannung. Diese zerstörungsfreie Qualitätsprüfung von Isolationsstrecken erlaubt die Erkennung von mikroskopischen Entladungen, die sich in einer Anwendung über Tage, Wochen oder gar erst Jahre hinweg durch eine Isolationsstrecke fressen können und schließlich zu einem Isolationsschaden führen.

Klassische Isolationsprüfungen können die sehr energiearmen Entladungen nicht feststellen. Nur Reihenklemmen mit bestandener Teilentladungsprüfung und somit erwiesener Langzeitstabilität eignen sich für die problemlose Verwendung in Photovoltaik-Anlagen und bei jeglichen DC-Anwendungen im Schaltschrank. Um die Bemessungsdaten von Reihenklemmen zu ermitteln, konzentrierten sich deren Hersteller in der Vergangenheit auf die Auslegung der Luft- und Kriechstrecken.

Aufgrund interner, erhöhter Qualitätsstandards führte Weidmüller bei seinen Reihenklemmen bereits einen AC-Teilentladungstest durch. Als erster und derzeit einziger Hersteller geht Weidmüller jetzt noch einen Schritt weiter und führt einen Teilentladungstest mit DC-Spannung durch.

Eignungstest für jeden Klemmentyp

Die Teilentladungsprüfung gilt als zuverlässiges Verfahren zum Nachweis der dauerhaften Qualität und Sicherheit eines Isolationssystems. Sie wird überall dort eingesetzt, wo bestimmte Isolationsstrecken besonderen Qualitätsanforderungen genügen müssen. Die Maßeinheit für die Teilentladung ist Coloumb [C] (1 C entspricht 1As). Die üblichen Messwerte für die Teilentladungen liegen zwischen 1 und 10 000 pC.

Weidmüller testet jeden einzelnen Klemmentyp auf seine Eignung in 1000-V-DC-Anwendungen, wie sie unter anderem. in PV-Anlagen zu finden sind. Falls in diesen Anlagen eine falsche Reihenklemme zum Einsatz kommt, kann das fatale Folgen nach sich ziehen.

Als Beispiel folgendes Szenario: Bei einer nicht qualifizierten Reihenklemme kann aufgrund von Materialermüdung Wärme und schließlich ein Lichtbogen entstehen. Die Isolation ist nicht mehr gegeben. Ein Kurzschluss ist die Folge. Da das Photovoltaikmodul kontinuierlich weiterarbeitet, bleibt der Kurzschluss bestehen und es kann zum Abbrennen des gesamten Moduls kommen.

Denn eine Sicherung befindet sich in der Regel nicht vor den Stringklemmen. Für einen sicheren Betrieb der Photovoltaik-Anlage sind zwei Faktoren entscheidend, die richtigen Reihenklemmen sowie deren Anordnung, sprich Aufbau der Klemmenleiste.

Die eingesetzte Klemmleiste sammelt die verschiedenen PV-Stränge pro Potenzial, das heißt der eine Reihenklemmenblock sammelt Plus und der andere Reihenklemmenblock Minus. Jeder Reihenklemmenblock besteht beispielsweise aus einer 35-mm2- und zweimal fünf 6-mm2-Reihenklemmen, gebrückt mit Querverbindungen. Die 6-mm2-Klemmen verbinden die Strings, die 35-mm2-Klemme stellt die Verbindung zu den Umrichtern dar.

Die Trennung zwischen den Plus-/Minus-Reihenklemmenblöcken wird mit einem 8 mm breiten Endwinkel realisiert. Dadurch besteht keine Gefahr der Teilentladung, denn der Endwinkel sorgt mit seiner Breite für ein geringeres elektrisches Feld. Kommt anstelle des Endwinkels eine Abschlussplatte oder Trennwand zum Einsatz, so ist das nicht ausreichend. Eine Teilentladung ist möglich.

Der Abstand von der Hutschiene zu den stromführenden Teilen einer Reihenklemme ist bei dieser Anwendung unkritisch. Die kritische Stelle ist das Anreihen der Klemmen nebeneinander, hier kann es zu Teilentladungen kommen. Deshalb sind hier die von Weidmüller für 1000 V DC freigegebenen Klemmen einzusetzen. Werden hingegen die Stränge in Reihenklemmenblöcken zusammengefasst, dann können Reihenklemmen mit weniger als 1000 V DC von Weidmüller für diese Anordnung freigegeben werden.

Anforderung je nach Absicherung

In PV-Anlagen gibt es verschiedene Anlagenteile mit Reihenklemmen – es sind DC- und AC-Anlagenteile. Die seriell und parallel installierten PV-Panels werden zu Strings zusammengeschaltet, dem DC-Anlagenteil. Wechselrichter haben eine DC- und AC-Seite, da das öffentliche Versorgungsnetz AC verlangt. Verschiedene Absicherungen und Messeinrichtungen erfordern AC oder DC.

Deshalb sind bei der Auswahl der Reihenklemme der Einsatzort und die dort herrschenden Bedingungen entscheidend. Die Grundüberlegung ist, ob 1000 V DC zur Nachbarklemme erforderlich sind oder nicht – oder ausschließlich zur Tragschiene.

Fazit: Reihenklemmen die für 1000 V AC nach IEC 60947-7-1 einsetzbar sind, eignen sich nicht automatisch auch für 1000 V DC Spannung. Die IEC Norm betrachtet nur die Luft- und Kriechstrecken. Deshalb hat Weidmüller seine Anforderungen erweitert und testet die Teilentladungseigenschaften seiner Reihenklemmen mit AC- und zusätzlich mit DC-Spannung. Dadurch wird der Betrieb von PV-Anlagen unter andauernder Maximalbelastung nachhaltig abgesichert.

www.weidmueller.com