So testen Sie PV-Stränge auf intermittierende Erdschlüsse

Von Will White, Fluke Senior Application Specialist, DER

Intermittierende Erdschlüsse in Photovoltaikanlagen (PV) gehören zu den schwierigsten Problemen, mit denen Solartechniker konfrontiert sind. Im Gegensatz zu permanenten oder aktiven Fehlern treten intermittierende Fehler oft nur unter bestimmten Bedingungen auf: bei nassem Wetter, bei Wärmeausdehnung oder sogar bei Bewegung des Nachführsystems. Wenn sie nicht behoben werden, können sie den Wechselrichter auslösen, eine Sicherheitsgefährdung darstellen und zu einem vollständigen Ausfall führen.

Diese schrittweise Anleitung beschreibt, wie Sie unter Spannung stehende PV-Stränge sicher testen können, um intermittierende Erdschlüsse mit bewährten Werkzeugen und Verfahren zu orten.

Was ist ein intermittierender Erdschluss?

Ein intermittierender Erdschluss ist ein vorübergehender elektrischer Kontakt zwischen einem stromführenden Leiter (z. B. DC Plus oder Minus) und einer geerdeten Metallkomponente, z. B. dem Gestell oder Modulrahmen. Anders als bei einem permanenten Fehler besteht der Kontakt nicht dauerhaft.

Diese Fehler treten möglicherweise nur in folgenden Situationen auf:

• Es regnet, oder es bildet sich Kondenswasser.
• Die Sonne erhitzt Materialien und dehnt sie aus.
• Das Array befindet sich in einer bestimmten Nachführposition.
• Leiter scheuern bei Wind an den Kanten.

Da sie eben nur vorübergehend auftreten, werden sie vom Standard-Erdschlussschutz oft nicht erkannt.

Sicherheit geht vor: Tragen Sie die passende PSA.

Beim Test von unter Spannung stehenden Anlagen ist das Risiko groß. Halten Sie sich stets an die elektrischen Sicherheitsprotokolle Ihres Unternehmens und an die Norm NFPA 70E®.

Je nach Größe und Spannung der Anlage kann Folgendes zur PSA gehören:

• Elektrisch isolierte Handschuhe
• Flammhemmende Kleidung
• Gesichtsschutz oder Schutzanzug mit Lichtbogenschutz

Erdschlüsse können zu unvorhersehbarem Stromfluss führen. Solange nicht das Gegenteil bewiesen ist, müssen Sie immer davon ausgehen, dass die Anlage gefährlich ist und die nicht stromführenden Metallteile unter Spannung stehen.

Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Prüfung stromführender PV-Stränge auf intermittierende Erdschlüsse

Schritt 1. Die erwarteten Spannungswerte verstehen

Berechnen Sie vor der Prüfung die Leerlaufspannung (Voc) für jeden PV-Strang. Ziehen Sie das Datenblatt des Moduls hinzu, und multiplizieren Sie die Leerlaufspannung des Moduls mit der Anzahl der Module im Strang.

Beispiel:

• Leerlaufspannung Modul = 53,8 V DC
• 16 Module in Reihe
  → Leerlaufspannung Strang = 860,8 V DC

Wenn Sie diese Ausgangswerte kennen, sind auffällige Messwerte leichter erkennbar.

Schritt 2. Systemüberwachungsdaten heranziehen (sofern verfügbar)

Wenn das System überwacht wird, prüfen Sie die Wechselrichterprotokolle auf:

• Erdschluss-Fehlercodes
• Uhrzeitabhängige Auslösung
• Wetterbedingte Trends

Das kann Ihnen dabei helfen, festzustellen, wann und unter welchen Bedingungen der Fehler auftritt.

Schritt 3. Wartungssicherung (Lockout/Tagout, LOTO) und Sichtprüfung durchführen

Wenn Sie stromführende Stränge testen, müssen Sie den Bereich zuerst isolieren und sichern.

• Öffnen Sie den Lasttrennschalter für den Abschnitt, an dem Sie arbeiten möchten.
• Bringen Sie LOTO-Vorrichtungen am Anschlusskasten oder an den Trennschaltern an.
• Beschriften Sie jede LOTO-Vorrichtung mit:
  • Name des Technikers
  • Telefonnummer
  • Datum
  • Durchgeführte Arbeiten

Führen Sie dann eine Sichtprüfung des Arrays auf Folgendes durch:

• Brandspuren oder Verfärbungen an den Modulen
• Geschmolzene Steckverbinder
• Beschädigte oder eingeklemmte Kabel
• Anzeichen für eindringendes Wasser

Einige intermittierende Fehler sind schon vor Testbeginn erkennbar.

Schritt 4. Auf Stromlosigkeit prüfen

Bevor Sie Sicherungsträger öffnen oder Leiter trennen, prüfen Sie mit einer DC-Strommesszange (z. B. Fluke 393 FC oder 283 FC/PV), ob ein Stromfluss anliegt.

• Prüfen Sie jeden Plus- und Minusleiter des Strangs einzeln.
• Bestätigen Sie den Nullstrom, bevor Sie fortfahren.

Warnung: Unter keinen Umständen dürfen Sie Sicherungsträger öffnen oder Kabel abtrennen, wenn Strom fließt. Das kann einen gefährlichen Gleichstromlichtbogen auslösen.

Schritt 5. Spannung des PV-Strangs gegen Erde (Plusseite) testen

1. Öffnen Sie alle plusseitigen Sicherungsträger, um die Plusleiter zu isolieren.
2. Stellen Sie nach Möglichkeit sicher, dass alle minusseitigen Sicherungsträger geöffnet sind oder dass die Minusleiter von der minusseitigen Sammelschiene entfernt und isoliert sind. (Das ist von Vorteil, aber für diesen Schritt müssen Minusleiter nicht isoliert werden.)
3. Verbinden Sie:
   • Plusleiter des Messgeräts mit dem Plusleiter des Strangs
   • Minusleiter des Messgeräts mit der Erdungsschiene
4. Notieren Sie die Spannung.
5. Ein Messwert von Null zeigt an, dass kein Fehler vorliegt. Eine Spannung ungleich Null kann auf einen intermittierenden Erdschluss hinweisen.

Fahren Sie fort, jeden Strang einzeln zu testen, und isolieren Sie dabei stets die freiliegenden Kabelenden mit Isolierklemmen oder Isolierband.

Wenn Sie Tests durchführen, bei denen die Minusleiter über die minusseitige Sammelschiene parallel geschaltet sind, führt ein Erdschluss dazu, dass an jedem Plusleiter eine Spannung gegen Erde gemessen wird, bis die negativen Parallelschaltungen entfernt und das Minusende der Stränge isoliert wurde.

Schritt 6. Spannung des PV-Strangs gegen Erde testen (Minusseite)

Wiederholen Sie nun den Vorgang für die Minusleiter:

1. Wenn alle plusseitigen Sicherungsträger offen sind und das Minusende des Leiters von anderen Leitern isoliert ist (minusseitige Sicherungsträger ggf. öffnen oder Minusleiter von der Sammelschiene trennen), schließen Sie Folgendes an:
   • Minusleiter des Messgeräts an den Minusleiter des Strangs
   • Plusleiter des Messgeräts an die Erdungsschiene
2. Notieren Sie die Spannung.
3. Erwartetes Ergebnis: 0 V DC
   Auffällig: Jede Spannung, die ungleich Null, kann auf einen Fehler hinweisen.
4. Isolieren Sie nach jedem Test die freiliegenden Kabelenden mit Isolierklemmen oder Isolierband, oder setzen Sie den Leiter sicher wieder ein.

Wiederholen Sie diesen Vorgang für jedem Strang im Anschlusskasten.

Schritt 7. Tests bei Nässe oder unter Bedingungen zur Fehlerreproduktion

Da intermittierende Fehler oft von externen Faktoren abhängen, versuchen Sie, die Prüfung unter ähnlichen Bedingungen durchzuführen:

• Führen Sie Tests am frühen Morgen durch, wenn Kondensation vorhanden ist, nach Regenfällen oder nachdem Sie die Module mit destilliertem Wasser besprüht haben (nur wenn dies sicher und zulässig ist).
• Wenn die Anlage ein Nachführsystem hat, bewegen Sie das Array in die Position, in der der Fehler zuletzt aufgetreten ist, und führen Sie den Test erneut durch.

Seien Sie beim Testen unter nassen Bedingungen extrem vorsichtig, da eventuell zusätzliche Sicherheitsrisiken bestehen. Vergewissern Sie sich, dass die Werkzeuge für den Einsatz in diesen Umgebungen ausgelegt sind.

Schritt 8. Ausreißer identifizieren

Nachdem Sie alle Stränge getestet haben:

• Vergleichen Sie alle Spannungswerte zwischen Erde und Leitern.
• Suchen Sie nach Ausreißern (Stränge mit auffälligen Messwerten).
• Sie sind Kandidaten für zusätzliche Isolationswiderstandsmessungen oder gezielte Inspektionen.

Weitere Isolationsmethoden finden Sie unter: So orten Sie Erdschlüsse in PV-Arrays mithilfe von Spannungswerten

Empfohlene Werkzeuge für dieses Verfahren

• Solar-Strommesszange Fluke 393 FC zum Messen von Gleichstrom
• Digitalmultimeter Fluke 283 FC/PV für Solaranwendungen mit Drahtlos-Stromzange zum Messen von Gleichstrom
• Erdschluss-Ortungsgerät Fluke GFL 1500
• Isolations-Multimeter Fluke 1587 FC für Isolationswiderstandsmessungen (falls erforderlich)
• CAT III- oder CAT IV-Multimeter, dessen Nennspannung über der Leerlaufspannung der Anlage liegt

Was, wenn sich kein Fehler finden lässt?

Wenn Sie unter den aktuellen Bedingungen keinen Fehler finden:

• Planen Sie einen erneuten Test unter widrigen Witterungsbedingungen ein.
• Versuchen Sie, den Bereich mithilfe der Überwachungsdaten einzugrenzen
• Erwägen Sie zusätzliche Isolationswiderstandsmessungen an stromlosen Stromkreisen
  → So testen Sie stromlose PV-Stromkreise auf Erdschlüsse

Zusammenfassung

Intermittierende Erdschlüsse können schwer zu erkennen sein, sind aber oft ein frühes Warnzeichen für schwerwiegende Ausfälle. Mit gewissenhaften Sicherheitsvorkehrungen und einem schrittweisen Vorgehen können Sie die Stränge mit möglichen Problemen isolieren und den sicheren Betrieb der Anlage gewährleisten.

Über den Autor

Will White begann seine Karriere im Solarbereich 2005 bei einem kleinen Solaranbieter. Nach seinen Anfängen als Installateur arbeitete er in den Bereichen Vertrieb, Entwicklung und Projektmanagement und wurde schließlich zum Director of Operations ernannt. 2016 stieß er zum Schulungsteam bei Solar Energy International (SEI), wo er sich auf die Entwicklung von Kursinhalten und die Durchführung von Kursen zu Solaranlagen konzentrierte. Im Jahr 2022 wechselte White als Spezialist für Solaranwendungen zu Fluke, wo er den Bereich Testgeräte für erneuerbare Energien wie IU-Kurvenschreiber, Strommessgeräte und Wärmebildkameras betreut.

White hat Erfahrungen in den Bereichen Windkraft, Solarthermie, Energiespeicherung und PV in jeder Größenordnung. Er setzt sich leidenschaftlich für die Umsetzung hochwertiger, richtlinienkonformer Installationstechniken ein. Will White ist seit 2006 ein vom NABCEP zertifizierter PV-Installationsfachmann und war zuvor Solarwärme-Installationsfachmann mit NABCEP-Zertifizierung. Er hat einen B.A. in Business Management vom Columbia College, Chicago, und einen MBA von der University of Nebraska-Lincoln. In seiner Freizeit arbeitet er mit seiner Frau und Tochter auf dem Familienbauernhof mitten in Vermont, zu dem ein netzunabhängiges Strohballenhaus gehört.

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