So finden Sie permanente Erdschlussfehler in Photovoltaikanlagen

Von Will White, Senior Application Specialist, DER, bei Fluke

Ein Erdschluss in einem PV-System kann die Energieerzeugung erheblich beeinträchtigen, Wechselrichterabschaltungen auslösen und Sicherheitsrisiken darstellen. Häufig ist das erste Anzeichen ein ausgelöster GFDI (Ground Fault Detection Interruption, Erdschlusserkennung und -unterbrechung) oder eine Fehlermeldung des Wechselrichters. In jedem Fall drängt die Zeit. Sie müssen den Fehler überprüfen, ihn orten und das Problem schnell beheben, um die volle Leistung des Systems wiederherzustellen.

Das richtige Werkzeug für den Auftrag: Erdschluss-Ortungsgerät Fluke GFL-1500

Am schnellsten und sichersten orten Sie einen Fehler mit einem Solar-Erdschluss-Ortungsgerät wie dem Erdschluss-Ortungsgerät Fluke GFL-1500. Dieses Werkzeug sorgt für eine präzise Fehlererkennung, ohne dass Sie sich auf Vermutungen, eine detaillierte Dokumentation vor Ort oder zeitaufwändige manuelle Tests verlassen müssen. Wenn Sie mit diesem Werkzeug nicht vertraut sind, finden Sie hier weitere Informationen zum Erdschluss-Ortungsgerät Fluke GFL-1500. Und sobald Sie den Fehler gefunden haben, erfahren Sie hier, wie Sie ihn sicher reparieren können.

Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Ortung von permanenten Erdschlussfehlern in Photovoltaikanlagen

Bevor Sie mit der Störungsbehebung beginnen, befolgen Sie immer die standortspezifischen LOTO-Verfahren (Lockout/Tagout) und tragen Sie geeignete persönliche Schutzausrüstung (PSA). Das Identifizieren eines Fehlers ist nur der erste Schritt. Das eigentliche Ziel ist die sichere Wiederherstellung des Systembetriebs.

Schritt 1: System analysieren, um Erdschlüsse zu erkennen

Im ersten Schritt vergewissern Sie sich, dass das Gleichstromsystem nicht geerdet ist und es keine Verbindung zwischen einem funktionell geerdeten Leiter und der Erde gibt. Wenn ein Erdschluss vermutet wird, überprüfen Sie, ob dies tatsächlich der Fall ist, und bestimmen Sie, welcher Teil des Arrays betroffen ist. Mit der Analysefunktion des GFL-1500 können Sie den Systemzustand beurteilen und feststellen, ob ein Fehler vorliegt.

So führen Sie die Analysefunktion aus:

1. Rufen Sie das Setup auf und geben Sie die Anzahl der in Reihe geschalteten Module ein.
   • Diesen Schritt können Sie auch nach Abschluss des Tests durchführen, indem Sie die INFO-Taste drücken und die Anzahl der Module eingeben.
2. Messleitungen anschließen
   • Rot an DC-Plus
   • Schwarz an DC-Minus
   • Grün an Erde (Erde oder geerdetes Metall)
3. Drücken Sie den Testknopf, um die Analysefunktion auszuführen.

Das Werkzeug misst Folgendes:

• Leerlaufspannung zwischen Plus und Minus
• Spannung von Plus zu Erde und Minus zu Erde
• Geschätzter Fehlerwiderstandsbereich (wenn ein Erdschluss festgestellt wurde)

Wenn Sie die Anzahl der Module korrekt eingegeben haben, schätzt das Ortungsgerät, wie weit im Strang der Fehler liegen könnte.

Mögliche Ergebnisse:

• Permanenter Fehler: Es liegt ein Erdschluss mit niedrigem Widerstand vor.
• Kein Fehler erkannt: Während des Tests wurde keine Spannung gegen Erde festgestellt.
• Fehler mit hohem Widerstand: Es liegt möglicherweise ein Fehler vor, aber es fließt nicht genügend Strom, um den GFDI (Ground Fault Detection Interruption, Erdschlusserkennung und -unterbrechung) auszulösen.
• Hohe Kapazität und hoher Widerstand: Die Systembedingungen (z. B. lange Leitungsverläufe) verhindern ein klares Ergebnis.

Schritt 2: Beste Seite zum Aufspüren des Fehlers bestimmen

Bestimmen Sie als Nächstes mithilfe der Analyseergebnisse die beste Möglichkeit zum Einspeisen eines Verfolgungssignals. Sie können wählen, ob Sie das Signal von der Plus- oder der Minusseite des Arrays einspeisen möchten.

Das funktioniert so:

• Je nach Arbeitsablauf ist es oft am besten, die Seite zu wählen, die die höchste Spannung gegen Erde hat. Beispiel: Wenn der Wert zwischen Plus und Erde 200 V DC und zwischen Minus und Erde 800 V DC beträgt, speisen Sie das Signal auf der Minusseite ein.
• Ausnahme: Wenn auf einer Seite ein Wert von 0 V DC gegen Erde angezeigt wird, kann dies auf einen Fehler im Rückleiter hinweisen. In diesem Fall ist es möglicherweise am einfachsten, das Signal auf der Seite mit 0 V DC einzuspeisen und von diesem Punkt aus nachzuverfolgen.

Schritt 3: Signalmodus bestimmen

Das Signal kann mit zwei verschiedenen Modi eingespeist werden: Array und Einheit. Der Array-Modus sollte verwendet werden, wenn die Spannung der zur Verfolgung ausgewählten Seite (Plus gegen Erde oder Minus gegen Erde) größer als 30 V DC ist. Achten Sie auf das Symbol für gefährliche Spannungen auf dem Transmitterbildschirm, das bei Spannungen höher als 30 V DC angezeigt wird. Dieser Standardmodus wird für die Fehlersuche empfohlen. Der Einheitenmodus sollte verwendet werden, wenn die Spannung der für die Verfolgung ausgewählten Seite weniger als 30 V DC beträgt. Dies ist beispielsweise bei einem Rückleitungsfehler der Fall, wenn das Signal auf der Seite mit 0 V DC eingespeist wird. Achten Sie darauf, dass das Symbol für gefährliche Spannung nicht auf dem Transmitterbildschirm angezeigt wird. Drücken Sie die MODE-Taste auf dem Transmitter, um zwischen diesen verschiedenen Modi zu wechseln.

Schritt 4: Mit der Fehlerfunktion den Ort des Erdschlusses aufspüren

Wenn Sie den Fehler bestätigt und die Verfolgungsrichtung sowie den Signalmodus ausgewählt haben, speisen Sie mit der Fehlerfunktion ein Schwachstromsignal ein. Folgen Sie dem Fehlerpfad mit dem Empfänger oder der Stromzange, um den genauen Fehlerort zu finden.

Verfolgungsprozess:

1. Speisen Sie das Fehlersignal von der von Ihnen gewählten Seite ein.
2. Ermitteln Sie die fehlerhafte Verzweigung.
   • Der Empfänger kann bei Trennungen auf einer Seite des Stromkreises verwendet werden (offene Sicherungsträger an einem Satz paralleler Verbindungen, etwa auf der Plusseite).
   • Die Stromzange kann ohne Trennungen um Verzweigungspaare (Plus und Minus werden zusammen gemessen) verwendet werden.
3. Lokalisieren Sie den Fehler.
   • Der Empfänger kann bei Trennungen auf einer Seite des Stromkreises verwendet werden. Alternativ können Sie den Transmitter zur fehlerhaften Verzweigung führen.
4. Mit dem Empfänger können Sie das Signal entlang des Strangs verfolgen. Wahlweise können Sie auch mit der Stromzange in verrauschten und hochkapazitiven Umgebungen arbeiten, in denen es keinen klaren Pfad für das Spurensignal gibt.
   • Aktivieren Sie zur Verbesserung des Signals bei Einsatz der Stromzange den BP-Filter, indem Sie die Taste BP drücken. Dieser Filter ist nur im Array-Signalmodus des Transmitters wirksam.
   • Der Empfänger Fluke GFL-1500 gibt während der Fehlerverfolgung sowohl akustisches (Pieptöne) als auch visuelles (blinkende LED-Anzeige) Feedback aus. Die Häufigkeit der Pieptöne/Blinkzeichen nimmt zu, je näher Sie der Fehlerstelle kommen.

Tipps für eine genaue Fehlerverfolgung

• Vergewissern Sie sich, dass das System stromlos ist, bevor Sie die Gehäuse öffnen oder auf die Leiter zugreifen.
• Vergewissern Sie sich immer, dass die Messleitungen sicher angeschlossen sind.
• Achten Sie darauf, dass das Gleichstromsystem nicht geerdet ist und es keine Verbindung zwischen einem Leiter und der Erde gibt.
• Wenn die Signalverfolgung unklar ist und ein Signal an mehreren Verzweigungen erkannt wird:
  • Überprüfen Sie nochmals, von welcher Seite das Signal eingespeist wurde.
  • Vergewissern Sie sich, dass der zu testende Strang von parallelen Abzweigungen isoliert ist.
  • Wiederholen Sie die Messung mit der Stromzange bei aktiviertem BP-Filter. Das Transmittersignal muss sich im Array-Modus befinden.

Wie geht es weiter? Die Fehlerortung ist nur der erste Schritt. Jetzt, da Sie wissen, wo sich das Problem befindet, können Sie die Reparatur sicher durchführen. Hier erfahren Sie, wie Sie PV-Erdschlüsse reparieren können.

Zusammenfassung: Die Ortung des Fehlers ist nur die halbe Miete.

Die Ortung eines permanenten Erdschlusses in einem Solar-PV-System ist ein wichtiger erster Schritt zur Wiederherstellung der Leistung und zum Schutz Ihrer Anlage. Durch eine systematische Analyse der Spannung gegen Erde und die Rückverfolgung des Fehlerpfads können Sie das Problem ohne übermäßiges Ausprobieren isolieren.

Aber bedenken Sie, durch die Ortung des Fehlers ist er noch nicht behoben. Nachdem Sie den Fehler gefunden haben, müssen Sie die Stromzufuhr sicher unterbrechen, den beschädigten Leiter oder die beschädigte Komponente untersuchen und das defekte Teil gemäß den Sicherheitsverfahren vor Ort und den Elektrovorschriften reparieren oder ersetzen.

Erdschlüsse reduzieren nicht nur die Energieerzeugung, sondern stellen auch eine Gefahr für Ausrüstung und Sicherheit dar. Deshalb sind eine schnelle, genaue Identifizierung und eine fachgerechte Reparatur der Schlüssel zur Minimierung von Ausfallzeiten und zur Wiederherstellung der erwarteten Systemleistung.

Über den Autor

Will White begann 2005 seine Karriere im Solarbereich 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 Will White als Spezialist für Solaranwendungen zu Fluke, wo er den Bereich Testgeräte für erneuerbare Energien wie IU-Kurvenschreiber, Strommessgeräte und Wärmebildkameras betreut.

Will 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 NABCEP-zertifizierter PV-Installationsfachmann und war zuvor ein NABCEP-zertifizierter Solarwärme-Installationsfachmann. 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 ihrem Bauernhof mitten in Vermont, zu dem ein netzunabhängiges Strohballenhaus gehört.

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