Anforderungen für den symmetrischen Anschluss und Betrieb nach VDE-AR-N 4100

Dieser Hinweis vom Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE beschreibt, wie man Symmetrieeinrichtungen gemäß VDE-AR-N 4100 in Kundenanlagen anschließt und betreibt, um Unsymmetrien an der Über­gabestelle zu begrenzen. Er basiert auf dem Kapitel 5.5 Symmetrie dieser Regel und zielt darauf ab, die Unsymmetrie der Versorgungsspannung, die nach DIN EN 50160 auf 2 % limitiert ist, einzuhalten.

Dieses Dokument dient als praktische Anleitung für den korrekten Anschluss und Betrieb von Anlagen im Einklang mit der VDE-AR-N 4100, um einen symmetrischen und netzverträglichen Betrieb zu gewährleisten.

Ein zusammenfassender Überblick

Das Dokument liefert ausführliche Richtlinien für den symmetrischen Anschluss und den Betrieb von elektrischen Anlagen gemäß den Vorgaben der VDE-AR-N 4100, einer Regelung für technische Anschlussbedingungen im Niederspannungsbereich. Der Fokus liegt auf der detaillierten Erläuterung der Anforderungen an Symmetrieeinrichtungen in Kundenanlagen, um die Netzstabilität zu gewährleisten und die Einhaltung der Symmetriebedingungen sicherzustellen. Folgende Schwerpunkte des Dokuments lassen sich ableiten:

• Geräte mit > 4,6 kVA müssen dreiphasig,
• Geräte mit ≤ 4,6 kVA können einphasig angeschlossen werden.

Hierbei ist auf gleichmäßige Lastverteilung zu achten. Für den Anschluss einphasiger Geräte sind spezielle Bedingungen zu beachten, die eine Begrenzung der Summen-Bemessungsleistung pro Außenleiter und Energieflussrichtung vorsehen.

Bei der Installation ist sicherzustellen, dass die 4,6 kVA pro Außenleiter nicht überschritten werden. Überschreitungen erfordern nach VDE-AR-N 4100, Abschnitt 5.5.2, den Einsatz einer Symmetrieeinrichtung. Diese soll die Leistungsflüsse steuern oder regeln, um die Symmetriegrenze einzuhalten.

Die Symmetrieeinrichtung wird benötigt, wenn die Summenleistung von angeschlossenen Geräten die Grenzwerte überschreitet, und soll innerhalb von 100 ms die Einhaltung der 4,6-kVA-Unsymmetrie wiederherstellen. Die Einleitung des VDE-FNN-Hinweises betont die Bedeutung der VDE-AR-N 4100, speziell des Abschnitts 5.5, der sich mit der Symmetrie des elektrischen Anschlusses beschäftigt. Ziel ist es, die Unsymmetrie an der Übergabestelle, typischerweise dem Hausanschlusskasten, auf ein akzeptables Maß zu reduzieren. Dies berücksichtigt die im Netz wirksame Bemessungsleistung und folgt der DIN EN 50160, die eine maximale Unsymmetrie der Versorgungsspannung von 2 % festlegt. Um diese Grenze einzuhalten, werden Leistungsgrenzwerte definiert, die in weiteren Studien evaluiert wurden.

Es wird klargestellt, dass alle elektrischen Verbraucher, Erzeugungsanlagen, Speicher und Ladeeinrichtungen für Elektrofahrzeuge, sofern sie eine Bemessungsleistung von über 4,6 kVA aufweisen, dreiphasig anzuschließen sind. Geräte mit einer geringeren Leistung dürfen einphasig angeschlossen werden, wobei eine gleichmäßige Verteilung auf alle drei Phasen zu beachten ist. Dies gilt auch für den Anschluss von einphasigen Speichern, Erzeugungsanlagen und Ladeeinrichtungen bis zu dieser Leistungsgrenze, wobei besondere Bedingungen für den einphasigen Anschluss gelten, um die Symme­trie zu wahren.

Für die Installation und den Betrieb einphasiger Geräte werden spezifische Bedingungen vorgestellt, die eine Überschreitung der Summen-Bemessungsleistung pro Außenleiter und Energieflussrichtung verhindern sollen. Die Anforderungen an Symme­trieeinrichtungen, die bei Überschreitungen der definierten Leistungsgrenzen zum Einsatz kommen, sind ein zentraler Bestandteil des Hinweises. Diese Einrichtungen sollen die Einhaltung der Symmetriegrenzen durch Steuerung oder Regelung der Leistungsflüsse sicherstellen.

In den Abschnitten über den symmetrischen Betrieb und die elektrischen Verbrauchsmittel mit Kurzzeitverhalten werden weitere Anforderungen und Empfehlungen für den Betrieb von Anlagen und Geräten dargelegt. Hierbei geht es vor allem um die Wahrung der Netzqualität und -stabilität durch die Einhaltung der Symmetriegrenzen im Betrieb.

Der Hinweis schließt mit detaillierten Erläuterungen zu den Anforderungen an Symmetrieeinrichtungen ab. Diese sollen nicht nur die Symmetrie innerhalb einer Kundenanlage gewährleisten, sondern auch die Netzverträglichkeit und -stabilität unterstützen. Die Symmetrieeinrichtungen sind als zentrale Komponenten für die Regulierung der Leistungsflüsse und die Einhaltung der Symmetriegrenzen von entscheidender Bedeutung. Die Berechnung der Symmetrie basiert auf dem gleitenden 1-min-Leistungswert. Bei einer Verletzung der Grenzwerte muss innerhalb von 100 ms reagiert werden, um die zulässige Unsymmetrie wiederherzustellen.

Symmetrischer Anschluss gemäß TAR Niederspannung

In der Praxis kommen ständig Fragen zur Anschlussmöglichkeit von Geräten gemäß Abschnitt 5.5.1 der VDE-AR-N 4100 (Bild 1) auf. Der VDE-FNN-Hinweis benennt hier folgende konkrete Kernpunkte:

• Dreiphasiger Anschluss für Geräte ab 4,6 kVA: Elektrische Verbraucher, Erzeuger, Speicher und Elektrofahrzeug-Ladestationen mit einer Leistung über 4,6 kVA sollen an drei Außenleitern eines Drehstromsytems angeschlossen werden.
• Einphasiger Anschluss bis 4,6 kVA: Geräte bis zu dieser Leistung dürfen einphasig angeschlossen werden. Wichtig ist hierbei, die Last gleichmäßig auf alle drei Außenleiter zu verteilen, was auch für Steckdosen und Beleuchtung gilt. Einphasige Speicher, Erzeuger und Ladestationen bis 4,6 kVA dürfen an einem Außenleiter angeschlossen sein.
• Besondere Bedingungen für einphasige Anschlüsse: Einphasig dürfen bis zu drei Geräte je 4,6 kVA angeschlossen werden. Dabei ist die Leistung pro Gerätetyp entscheidend, nicht die Anzahl der Geräte. Insgesamt darf die Summe der einphasigen Anschlüsse pro Außenleiter und Richtung (Einspeisung oder Entnahme) 4,6 kVA nicht überschreiten.
• Geeignete Anschlusskombinationen: Die Kombination aus Erzeugern, Speichern und Ladestationen muss so gewählt werden, dass die einphasige Summenleistung von 4,6 kVA pro Außenleiter nicht überschritten wird. Ist das nicht gewährleistet, muss gemäß Abschnitt 5.5.2 eine Ausgleichseinrichtung eingesetzt werden.
• Sonderregelungen für den Betrieb: Für Elektrofahrzeug-Ladestationen und Speicher gelten spezielle Betriebsanforderungen laut den Abschnitten 10.6 und 10.5 der VDE-AR-N 4100.
• Elektrische Verbrauchsmittel mit einer Bemessungsleistung ≤ 6,5 kVA, die mit einem Kurzzeitverhalten betrieben werden (z. B. Durchlauferhitzer), dürfen auch zwischen zwei Außenleitern angeschlossen werden (Bild 2).

Symmetrischer Betrieb gemäß TAR Niederspannung

Die Einhaltung der Symmetrieanforderungen in Kundenanlagen, insbesondere bei der Einspeisung oder Speicherung elektrischer Energie, ist essentiell für die Netzstabilität und die Effizienz der Energieverteilung. Die vorgestellten Beispiele verdeutlichen praxisnahe Szenarien, in denen unterschiedliche Gerätearten wie Erzeugungsanlagen, Speicher und Ladeeinrichtungen für Elektrofahrzeuge berücksichtigt werden müssen, um die Unsymmetrie-Leistungsgrenze von 4,6 kVA nicht zu überschreiten. Insbesondere die Anbindung von Speicher- und Erzeugungsanlagen als Drehstrom-Umrichteranlagen gemäß VDE-AR-N 4105 gewährleistet durch ihre dreiphasige symmetrische Einspeisung eine automatische Symmetrierung, wodurch zusätzliche Maßnahmen zur Einhaltung der Symmetrie oft nicht notwendig sind.

Bei Ladeeinrichtungen für Elektrofahrzeuge hängt die Einhaltung der Symmetrie jedoch stark von der maximalen Leistung der Wallbox sowie dem Ladeverhalten des Fahrzeugs ab. Die Beispiele illustrieren, wie durch technische Lösungen wie Symmetrieeinrichtungen oder eine angepasste Außenleiterbelegung die Einhaltung der Symmetrievorgaben sichergestellt werden kann. Es zeigt sich, dass eine flexible und intelligente Steuerung der Ladeinfrastruktur notwendig ist, um bei variierenden Ladeprozessen eine Überlastung einzelner Phasen zu verhindern und somit das Netz zu stabilisieren (Bilder 3 und 4).

Anforderungen an die Symmetrieeinrichtungen

Eine Symmetrieeinrichtung sichert die Einhaltung der Symmetriegrenze in Kundenanlagen, z. B. durch Steuern oder Regeln der Leistungsflüsse. Man legt den gleitenden 1-min-Leistungswert zur Symmetrieberechnung zugrunde. Überschreitet die Anlage die Symmetriegrenze, muss sie binnen 100 ms die zulässige Unsymmetrie von 4,6 kVA wieder erreichen. Der Einsatz von Symmetrieeinrichtungen ist nötig

• bei einphasigen Geräten über 4,6 kVA Bemessungsleistung
• wenn bei einphasigen Ladestationen, Speichern oder Erzeugern unter 4,6 kVA die Gesamtleistung von 4,6 kVA pro Richtung je Außenleiter überschritten wird
• bei Überschreitung der Gesamtleistung von 13,8 kVA pro Energieflussrichtung in der gesamten Kundenanlage
• für dreiphasige Ladestationen, eventuell zusammen mit einphasigen Ladestationen, Speichern oder Erzeugern, falls die Symmetriegrenze sonst nicht gewährleistet ist.

Die Umsetzung der Symmetrierung erfolgt meist über IT-Kommunikation zusammen mit einer zentralen Steuereinheit, die Ladestationen, Erzeuger und/oder Speicher steuert (Bild 5).

Die Bewertung der zulässigen Unsymme­trie von 4,6 kVA gilt für Einspeise- und Bezugsrichtung der eingebundenen Geräte. Auch weitere Verbraucher mit IT-Anbindung können integriert werden, solange die Phasenunsymmetrie 4,6 kVA nicht übersteigt. Man berechnet die Unsymmetrie als Differenz der Phasenleistungen (L1 zu L2, L2 zu L3 sowie L3 zu L1) und betrachtet den 1-min-Mittelwert. Wird ein Wert von 4,6 kVA überschritten, gilt die Grenze als nicht eingehalten.

Bei Grenzüberschreitung ist die Symme­trie innerhalb von 100 ms wiederherzustellen. Ein Ausfall der Symmetrieeinrichtung erfordert ein Systemverhalten, das binnen einer Minute die Symmetrie sicherstellt. Die Symmetrieeinrichtung darf Teil einer Erzeugungsanlage, eines Speichers oder einer Ladestation sein.

Fazit

Insgesamt bietet der Hinweis eine umfassende Anleitung und detaillierte Informationen für Fachleute im Bereich der Elektrotechnik, um den Anschluss und den Betrieb von elektrischen Anlagen gemäß den technischen Anforderungen und Vorgaben der VDE-AR-N 4100 effizient und normkonform zu gestalten.

Die Einhaltung der Symmetrieanforderungen erfordert eine sorgfältige Planung und Konfiguration der Kundenanlage. Durch die Nutzung moderner Technologien und intelligenter Steuerungsmechanismen lässt sich jedoch eine effiziente und netzkonforme Betriebsweise realisieren, die sowohl die Anforderungen der Netzbetreiber als auch die Bedürfnisse der Endnutzer berücksichtigt.

Autor

Dipl.-Ing. (FH) Michael Muschong, Redaktion »de«

Quelle und Bildquelle: www.elektro.net