Von Will White, Fluke Senior Application Specialist, DER

Es gibt verschiedene Arten von Erdschlüssen, und einige sind leichter zu diagnostizieren und zu orten als andere. Zur Erkennung und Ortung von Fehlern stehen verschiedene Prüfmethoden zur Verfügung. Es kann oft schwierig sein, zu bestimmen, welcher Test die schnellsten und genauesten Ergebnisse liefert. Erdschlüsse sind eines der häufigsten Probleme in Photovoltaik-Anlagen, unabhängig von Anlagentyp oder Größe.

Wenn ein stromführender Leiter geerdete Metallteile berührt, können mehrere Probleme auftreten.

• Stromlose Metallteile, wie z. B. Modulrahmen, können plötzlich stromführend sein, was ein erhebliches Sicherheitsrisiko darstellen kann.
• Erdschlüsse können Lichtbögen verursachen, die zu Hitze und Funkenbildung führen und Brände auslösen können.
• Der durch den Erdschluss gegen Erde fließende Strom gelangt nicht zum Wechselrichter, was die Anlagenleistung und die finanzielle Rendite verringert.

In diesem Artikel werden wir kurz die Arten von Erdschlüssen erläutern, die verschiedenen Tests zur Identifizierung und Ortung von Erdschlüssen betrachten und besprechen, wann die jeweiligen Tests eingesetzt werden sollten, um die schnellsten Ergebnisse zu erzielen.

Zwei Arten von Gleichstrom-Erdschlüssen

Es gibt zwei Arten von Erdschlüssen: permanente und intermittierende Erdschlüsse.

1. Ein permanenter Erdschluss ist ein niederohmiger Kontakt zwischen einem stromführenden Leiter und einem geerdeten Metallteil.
   • Er ist immer vorhanden und löst das Erdschluss-Erkennungssystem des Wechselrichters aus.
   • Es gibt viele Ursachen für Erdschlüsse, aber die meisten davon sind auf schlecht ausgeführte Arbeiten zurückzuführen.
   • Häufige Fehler bei der Installation sind das Einklemmen eines Kabels, die Beschädigung des Kabels während der Installation oder eine schlechte Kabelführung.
   • Da diese Erdschlüsse immer vorhanden sind, lassen sie sich mit jeder der unten beschriebenen Testmethoden relativ leicht finden. Einige Verfahren können jedoch aufgrund ihrer Anforderungen oder anderer Einschränkungen mehrere Tage in Anspruch nehmen.
2. Intermittierende Erdschlüsse sind höherohmige Fehler, die je nach Umgebungsbedingungen oder mechanischen Zuständen auftreten und wieder verschwinden können.
   • Sie entstehen häufig durch Kabel, die von Nachführsystemen eingeklemmt werden.
   • Sie können auch auftreten, wenn die Anlage Feuchtigkeit ausgesetzt ist, z. B. bei Regen oder morgens bei Taubildung.
   • Da intermittierende Erdschlüsse einen hohen Widerstand haben und vorübergehend auftreten, ist es schwierig, sie zu erkennen, und noch schwieriger, ihren genauen Standort zu bestimmen.
   • Möglicherweise lösen Fehler dieser Art den Erdschlussschutz des Wechselrichters nur unter bestimmten Bedingungen aus.

Sie suchen nach ausführlicheren Angaben zu diesen Unterschieden? Lesen Sie als Nächstes den Artikel „Wo liegt der Unterschied zwischen einem permanenten und einem intermittierenden Erdschluss?“.

Prüfmethoden zum Auffinden von Erdschlüssen

Isolationswiderstandsmessungen

Fluke-Werkzeuge: Isolationswiderstandsmessgerät Fluke 1507, Isolations-Multimeter Fluke 1587 FC, Isolationswiderstandsmessgerät und MegOhmMeter Fluke 1537, Multifunktionaler PV-Tester und Leistungsanalysator Fluke SMFT 1000 mit I-U-Kennlinienschreiber

Was es ist und wie es funktioniert:

• Definition: Die Isolationswiderstandsmessung ist eine Methode zur Erkennung von Leitern mit geringem Erdungswiderstand.
• Mechanismus: Sendet ein Signal mit geringer Spannung und Stromstärke durch einen Leiter und misst den Leckstrom gegen Erde in Ohm.
• Auswertung: Ein niedriger Widerstand weist auf einen möglichen Erdschluss hin.

Anwendungsfälle:

• Unbekannte Fehlerstelle: Wenn nicht klar ist, welcher Stromkreis einen Erdschluss enthält.
• Systematische Isolierung:
  • Prüfung des gesamten Anschlusskastens, um den betroffenen Bereich einzugrenzen.
  • Anschließend werden einzelne Stränge innerhalb des betroffenen Anschlusskastens getestet.
• Intermittierende Fehler:
  • Kann bei der Erkennung intermittierender Erdschlüsse helfen.
  • Am besten durch den Vergleich ähnlicher Stränge unter identischen Umgebungsbedingungen.

Optimal für:

• Permanente Erdschlüsse (eindeutige niederohmige Pfade zur Erde).
• Anfängliche Fehlerisolierung in großen PV-Systemen.
• Vergleichende Tests unter ähnlichen PV-Strängen zur Ermittlung kleinerer Probleme.

Einschränkungen:

• Genauigkeit der Fehlerortung: Das Isolationswiderstandsmessgerät kann die genaue Position des Erdschlusses nicht ermitteln.
• Physische Trennung erforderlich: Stränge müssen oft isoliert werden (z. B. durch Trennen der Minusseite von der Sammelschiene). Probleme:
  • Ist zeitaufwändig
  • Kann bei wiederholter Durchführung zu Verschleiß oder Beschädigungen führen
• Erkennung intermittierender Fehler:
  • Fehler können übersehen werden, die nur unter bestimmten Bedingungen auftreten.
  • Erfordert sorgfältige Vergleiche ähnlicher Stromkreise, um dadurch auf Probleme zu schließen.
• Für sich genommen nicht ausreichend: Kann zur genauen Fehlerortung zusammen mit dem Fluke GFL-1500 verwendet werden.

Sie möchten wissen, wir Sie intermittierende Erdschlüsse mithilfe von Isolationswiderstandsmessungen finden? Lesen Sie jetzt diesen Artikel: So testen Sie PV-Stränge auf intermittierende Erdschlüsse

Spannung-gegen-Erde-Test

Fluke-Werkzeuge: Digitalmultimeter Fluke 283 FC/PV 1500 V, Strommesszange Fluke 393 FC 1500 V

Was es ist und wie es funktioniert:

• Definition: Diagnosemethode, bei der die Spannung zwischen den positiven oder negativen DC-Leitern und der Masse gemessen wird.
• Normalzustand: In den meisten Fällen sollte bei ausgeschaltetem Wechselrichter keine Spannung zwischen den Gleichstromleitern und Erde auftreten (d. h. die Messwerte sollten nahe null liegen).
• Fehlerzustand: Ein Erdschluss führt zu einer Verbindung zwischen einem Leiter (Plus oder Minus) und Erde, was zu einem messbaren Spannungspotenzial zwischen diesem Leiter und Erde führt.

Anwendung:

• Hilft bei der Erkennung des fehlerhaften PV-Strangs.
• Durch grundlegende Berechnungen können Sie die ungefähre Position des Fehlers entlang des Strangs abschätzen.

Anwendungsfälle:

• Ermittlung defekter Stränge: Erkennt, welcher Strang einen Erdschluss aufweist.
• Einschätzung der Fehlerstelle: Ermöglicht die ungefähre Fehlerortung anhand von Spannungswerten und einfachen mathematischen Berechnungen.
• Ermittlung intermittierender Fehler: Kann intermittierende Fehler erkennen, wenn die Bedingungen, die den Fehler verursachen, nachgebildet werden, z. B.:
  • Bewegung eines Trackers
  • Tests unter nassen Bedingungen

Optimal für:

• Permanente Erdschlüsse (direkte niederohmige Fehler).
• Situationen, in denen Sie eine grobe Schätzung der Fehlerposition benötigen.
• Arrays mit variablen Bedingungen, mit denen sich der Fehler nachbilden lässt.

Einschränkungen:

• Isolierung erforderlich:
  • Die Minusseite des PV-Strangs muss von anderen Strängen oder vom Wechselrichter getrennt werden.
  • Das ist zeitaufwendig, birgt ein Sicherheitsrisiko und kann bei häufiger Durchführung zu Schäden an den Anschlüssen führen.
• Nicht immer wirksam bei intermittierenden Fehlern:
  • Es muss möglich sein, Fehlerbedingungen zuverlässig nachzubilden.
• Nur grobe Schätzung:
  • Gibt eine ungefähre, aber keine präzise Fehlerposition an.

Weitere Informationen zu diesem Verfahren finden Sie unter: So orten Sie Erdschlüsse in PV-Arrays mithilfe von Spannungswerten

Weiterführende Tests zur Ortung von Erdschlüssen

Fluke-Werkzeug: Erdschluss-Ortungsgerät Fluke GFL 1500

Was es ist und wie es funktioniert:

• Definition: Spezialwerkzeug zur schnellen Erkennung und Ortung von Erdschlüssen in Photovoltaikanlagen.
• Analysefunktion:
  • Misst die Leerlaufspannung, die Spannung zwischen Pluspol und Erde sowie die Spannung zwischen Minuspol und Erde.
  • Schätzt den Fehlerwiderstand (in Ohm) und gibt eines von vier Ergebnissen aus:

1. Permanenter Fehler (niederohmig, Spannung gegen Erde)
2. Kein Fehler erkannt
3. Hochohmiger Fehler (Spannung vorhanden, aber Widerstand ist hoch)
4. Hohe Kapazität und hoher Widerstand (unklare Ergebnisse aufgrund der Anlageneigenschaften)

• Fehlerfunktion:
  • Sendet ein verfolgbares Signal, das mit einem Empfänger (mit akustischem Alarm) oder einer Zange verfolgt werden kann, um die genaue Fehlerstelle zu bestimmen.
• Offene Funktion:
  • Sendet ein verfolgbares Signal, das mit dem Empfänger verfolgt werden kann, um die genaue Stelle einer Stromkreisunterbrechung zu finden.
• Funktion „MAP“:
  • Sendet ein verfolgbares Signal durch einen Stromkreis, das mit dem Empfänger oder der Zange verfolgt werden kann, um ein Schema der Stromkreise in einem Array zu erstellen. Diese Funktion ist hilfreich, wenn die Anlagendokumentation oder Strangpläne unklar oder nicht verfügbar sind.

Anwendungsfälle:

• Erkennung und Ortung von permanenten Erdschlüssen
  • Erkennt schnell, ob ein Erdschluss vorliegt.
  • Bestimmt die genaue Fehlerstelle.
• Ermittlung intermittierender Fehler
  • Kann intermittierende Fehler erkennen, wenn die Bedingungen, die den Fehler verursachen, nachgebildet werden, z. B.:
    • Bewegung eines Trackers
    • Tests unter nassen Bedingungen
• Erkennung von Unterbrechungen:
  • Kann offene Stromkreise finden, z. B. eine fehlerhafte Verbindung zwischen Modulen.
• Schemaerstellung von Stromkreisen:
  • Unterstützt die Darstellung von Stromkreisen in Systemen ohne genaue Schaltpläne.

Optimal für:

• Techniker, die bei der Fehlersuche Geschwindigkeit und Präzision benötigen.
• Permanente Erdschlüsse und zahlreiche höherohmige Fehler.
• Situationen, in denen manuelle Tests zu langsam oder nicht aussagekräftig sind.
• Komplexe oder undokumentierte Arrays, bei denen die Erstellung von Schaltplänen sinnvoll ist.

Einschränkungen:

• Schulung erforderlich:
  • Einarbeitungszeit: Benutzer müssen mit der Bedienung des Geräts vertraut sein, um es effektiv einsetzen zu können.
• Nicht bei allen Fehlern absolut sicher:
  • Kann bei Anlagen mit hoher Kapazität und hohem Widerstand zu unklaren Ergebnissen führen.
• Geräteabhängigkeit:
  • Hängt von der Richtigkeit der Eingabe (z. B. Modulanzahl) ab, um den Fehler mithilfe des Moduldiagramms in der Analysefunktion genau zu orten.
• Erfordert bei einigen Anwendungen einen korrekten Arbeitsablauf.
  • Bei einigen Arbeitsabläufen und Funktionen lassen sich genaue Ergebnisse nur durch Isolierung von Stromkreisen erzielen.

Die Schritt-für-Schritt-Anleitung finden Sie hier: So testen Sie PV-Stränge auf permanente Erdschlüsse

Welche Erdschluss-Testmethode sollten Sie anwenden – und wann?

Erdschlüsse treten nicht immer auf die gleiche Weise auf. Deshalb gibt es keine Testmethode, die für sich allein ausreicht. Permanente und intermittierende Fehler können unabhängig voneinander – oder gleichzeitig – in jeder PV-Anlage auftreten, egal wie sie aufgebaut ist oder welche Qualität sie hat. Um Fehler effizient und sicher behandeln zu können, sollte der Techniker stets mit mehreren Diagnosewerkzeugen arbeiten, damit er schnell feststellen kann, ob ein Erdschluss vorliegt, und in der Lage ist, die genaue Lage zu bestimmen und die Anlage so schnell wie möglich wieder in Betrieb zu nehmen.

Vergleichen Sie anhand der folgenden Tabelle die Vorteile und Einschränkungen der einzelnen Testmethoden, damit Sie je nach Fehlertyp und Standortbedingungen das richtige Verfahren auswählen können:

Unabhängig davon, mit welcher Methode Sie beginnen, haben Sie die besten Chancen zur schnellen Erkennung und Behebung eines Erdschlusses, wenn Sie alle drei Diagnoseansätze bereithalten – ohne langwieriges Ausprobieren und unnötige Ausfallzeiten.

Fazit: Die passenden Werkzeuge sind die Voraussetzung für Sicherheit, Schnelligkeit und Präzision

Solartechniker stehen häufig unter Druck, Systeme sicher und schnell wiederherzustellen. Permanente oder intermittierende Erdschlüsse können sowohl Personen als auch die Ausgangsleistung gefährden. Daher ist das Hauptziel einfach:

1. Fehler identifizieren
2. Genaue Fehlerstelle ermitteln
3. Effizient und sicher reparieren

Dazu müssen Techniker die richtige Methode für den jeweils vorliegenden Fehler auswählen. Ein permanenter Fehler lässt sich durch Prüfung von Spannungen oder Isolationswiderständen schnell finden, die Ortung erfordert jedoch mehr Präzision. Ein intermittierender Erdschluss kann unentdeckt bleiben, wenn die richtigen Bedingungen und Werkzeuge nicht vorhanden sind. Und bei komplexeren oder risikoreicheren Anlagen können fortschrittliche Diagnosewerkzeuge wie das Erdschluss-Ortungsgerät Fluke GFL-1500 Zeit und Aufwand für die Fehlersuche erheblich verringern.

Kurz gesagt: Wenn Sie PV-Systeme sicher, produktiv und rentabel halten möchten, rüsten Sie sich mit dem kompletten Werkzeugsatz aus – und mit dem Wissen, wie es sinnvoll einzusetzen ist. So passen Sie die Methode an den Fehler an und beheben ihn gleich beim ersten Mal.

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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