Technologien zur nachhaltigen Gewinnung und Nutzung von Energie erfordern auch zukunftsfeste Strategien für den Fehlerstromschutz. Mit dem Ausbau erneuerbarer Energien hat die Nachfrage nach Wärmepumpen und Photovoltaikanlagen zugenommen (Bild 1).
Bild 1: Mit dem Ausbau erneuerbarer Energien hat die Nachfrage nach Wärmepumpen und Photovoltaikanlagen zugenommen.
Trotzdem herrscht noch immer Unsicherheit bei Errichtern solcher Anlagen hinsichtlich des Fehlerstromschutzes. Die verschiedenen normativen Anforderungen und deren Ausnahmen tragen gemeinsam mit den unterschiedlichen Vorgaben der Hersteller zur Verunsicherung bei. Dieser Artikel zeigt auf, welche Maßnahmen zum Fehlerstromschutz für die Installation einer Wärmepumpe erforderlich sind und inwieweit sich die Vorgaben für Wärmepumpen von denen für Photovoltaikanlagen unterscheide.
Zu Beginn unserer Überlegungen stellt sich erst einmal die Frage, ob überhaupt in jedem Fall eine Fehlerstromschutzeinrichtung (RCD) für Wärmepumpen erforderlich ist. Unterscheiden wir zunächst zwischen Installationen für Wärmepumpen die fest angeschlossen sind gegenüber denen, die mit einem Stecker, bzw. einer Steckdose ausgestattet sind.
Wärmepumpe mit Stecker oder Steckdose
Bei Endstromkreisen mit Steckdosen sind die normativen Vorgaben eindeutig: Nach DIN VDE 0100-410 (Errichten von Niederspannungsanlagen – Teil 4-41: Schutzmaßnahmen – Schutz gegen elektrischen Schlag) müssen bei Endstromkreisen mit Steckdosen mit einem Bemessungsstrom bis einschließlich 32 A, Fehlerstromschutzeinrichtungen mit einem Bemessungsdifferenzstrom ≤30 mA vorgesehen werden. Wenn im Fehlerfall glatte Gleichfehlerströme >6 mA auftreten können, dann muss diese RCD vom Typ B oder B+ sein.
Fest angeschlossene Wärmepumpe
Bei fest angeschlossenen Wärmepumpen hängt die Wahl der Fehlerstromschutzeinrichtung zunächst vom Stromversorgungssystem ab.
In TT-Stromversorgungssystemen können die Abschaltzeiten nach DIN VDE 0100-410, Tabelle 41.1 bei Erdschluss in der Regel nur durch eine RCD gewährleistet werden. Auch hier ist also eine RCD notwendig.
Bei TN-Systemen sind die Vorgaben differenzierter. In der Regel ist hier zwar eine Überstrom-Schutzeinrichtung ausreichend, um die Abschaltzeiten einzuhalten, die nach DIN VDE 0100-410, Abschnitt 411.3 gefordert sind. Dennoch gibt es verschiedene Gründe, die auch in diesem Fall den Einsatz einer RCD erfordern:
- Der Einbau der Wärmepumpe erfolgt in einer feuergefährdeten Betriebsstätte nach DIN VDE 0100-420 (Errichten von Niederspannungsanlagen – Teil 4-42: Schutzmaßnahmen – Schutz gegen thermische Auswirkungen), Abschnitt 422.3. Hier ist für Stromkreise ohne Steckvorrichtung eine RCD mit einem Bemessungsdifferenzstrom ≤300 mA vorzusehen.
- Die Installation befindet sich in einer landwirtschaftlichen Betriebsstätte. Nach DIN VDE 0100-705 (Errichten von Niederspannungsanlagen – Teil 7-705: Anforderungen für Betriebsstätten, Räume und Anlagen besonderer Art – Elektrische Anlagen von landschaftlichen und Gartenbaulichen Betriebsstätten), Abschnitt 705.4.41, ist auch hier für Stromkreise ohne Steckvorrichtung eine RCD mit einem Bemessungsdifferenzstrom ≤300 mA vorzusehen.
- Regionale Energieversorger können in einigen Fällen den Einsatz einer RCD fordern.
- Versicherer können, beispielsweise aus Brandschutzgründen, den Einsatz eines Fehlerstromschutzschalters vorgeben.
- Und natürlich kann auch der zuständige Elektroinstallateur nach Einschätzung der Gegebenheiten den Einsatz einer RCD auch in TN-Systemen mit fest angeschlossener Wärmepumpe empfehlen.
- Einer der maßgeblichen Gründe für den Einsatz einer RCD ist jedoch die Empfehlung oder sogar Anforderung des Wärmepumpenherstellers.
Bild 1: Prinzipschaltbilder nach DIN VDE 0100-530, Anhang A
Die meisten Hersteller geben mittlerweile eine solche Empfehlung, denn nicht nur die Beschaffenheit der Wärmepumpe selbst kann den Einsatz einer RCD erfordern, sondern auch die Umgebung, in der sie installiert wird. Wärmepumpen stehen meist im Außenbereich und können dadurch rauen oder unbekannten Umgebungsbedingungen ausgesetzt sein.
Sobald die Möglichkeit besteht, dass die geforderten Abschaltzeiten bei Erdschluss durch Überstrom-Schutzeinrichtungen nicht eingehalten werden können, gehen Wärmepumpen-Hersteller in der Regel kein Risiko ein.
Dabei spielen neben der allgemeinen Erhöhung des Schutzpegels auch Gewährleistungsfragen eine Rolle.
Doch nicht nur bei der Frage ob überhaupt eine Schutzeinrichtung erforderlich ist, sondern auch hinsichtlich des RCD-Typs, sollten Errichter einer Wärmepumpenanlage die Herstellerempfehlungen berücksichtigen.
Wenn RCD, welcher Typ?
In den meisten Wärmepumpen sind Wechselrichter verbaut, die im Fehlerfall glatte Gleichfehlerströme >6mA oder Wechselfehlerströme ungleich der Netzfrequenz erzeugen können. Diese können nur von Fehlerstromschutzeinrichtungen der Typen B oder B+ erfasst werden. RCDs des Typs A dürfen in diesem Fall nicht verwendet werden. Wenn eine RCD gefordert ist, muss sie also vom Typ B oder B+ sein.
Falls eine Fehlerstromschutzeinrichtung des Typs A bereits vorhanden sein sollte, muss diese ersetzt werden. Wenn eine Wärmepumpe in eine bestehende Installation integriert wird, muss jedoch ohnehin überprüft werden, ob nicht auch Leitungen aufgrund veränderter Betriebsbedingungen, zum Beispiel Dauerbetrieb oder größerer Betriebsströme, ausgetauscht werden müssen. In der DIN VDE 0100-530 (Errichten von Niederspannungsanlagen – Teil 530: Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel – Schalt und Steuergeräte) sind im Anhang A geeignete Typen von RCDs den unterschiedlichen Betriebsmitteln mit ihren jeweiligen Schaltungstypologien zugeordnet (Bild 2).
Vergleich zum Fehlerstromschutz für Photovoltaikanlagen
Auch bei Photovoltaikanlagen ist, ähnlich wie bei Wärmepumpen, unter bestimmten Bedingungen eine Fehlerstromschutzeinrichtung vorgeschrieben; und auch dort wo sie nicht vorgeschrieben ist, ist ihr Einsatz häufig sinnvoll.
Bild 2: Fehlerstromschutzschalter speziell für Wärmepumpen-Installationen
Die DIN VDE 0100-712 als Errichtungsbestimmung für Photovoltaikanlagen gibt in Abschnitt 712.531.3.101 Aufschluss über die Art der Fehlerstrom-Schutzeinrichtung. Wenn demnach eine RCD für den Schutz des Wechselstrom-Versorgungsstromkreises verwendet wird, muss diese allstromsensitiv, also vom Typ B oder B+ sein.
Ausnahmen sind hier nur zulässig, wenn Hersteller der Photovoltaik-Wechselrichter etwas anderes erlauben.
Hier sind die Hersteller von Wärmepumpen deutlich konsequenter als die von Photovoltaikanlagen, obwohl die Technik ähnlich ist und damit auch ähnliche Gefahren mit sich bringt. Hersteller von Photovoltaikanlagen erlauben häufiger den Einsatz von RCDs vom Typ A oder F oder sogar, aus Kostengründen, ganz den Verzicht auf eine Fehlerstromschutzeinrichtung.
Diese Praxis wird jedoch zunehmend in Frage gestellt. Der technische Leitfaden VdS 3145 »Photovoltaikanlagen« empfiehlt beispielsweise aus Brandschutzgründen grundsätzlich den Einsatz einer Fehlerstromschutzeinrichtung.
Wärmepumpenhersteller hingegen haben die Gefahr durch glatte Gleichfehlerströme längst erkannt und fordern fast durchweg den Einsatz von allstromsensitiven Fehlerstromschutzeinrichtungen.
Fehlerstromschutz für Wärmepumpen
Der Errichter einer Wärmepumpenanlage sollte also zunächst überprüfen, welchen Fehlerstromschutz der Hersteller der Wärmepumpe fordert, oder empfiehlt. Sollten danach noch immer Unsicherheiten bestehen, stellen sich folgende Fragen:
- Ist die Wärmepumpe fest angeschlossen?
- Handelt es sich um ein TN-System?
- Gilt eine der Ausnahmeregeln, nach denen normativ oder von Seiten der Energieversorger oder Versicherungen eine RCD gefordert ist?
Verfügt die Anlage über einen Wechselrichter, der im Fehlerfall glatte Gleichfehlerströme > 6mA oder Wechselfehlerströme ungleich der Netzfrequenz erzeugen kann?
Mittlerweile gibt es Fehlerstromschutzeinrichtungen auf dem Markt, die speziell für den Einsatz in Wärmepumpenanlagen optimiert sind und allen Anforderungen von Normen und Herstellern entsprechen. Sie sind entsprechend gekennzeichnet (Bild 3).
Eine erhöhte Kurzzeitverzögerung macht sie resistent gegenüber Stoßströmen und gewährleistet dadurch eine hohe Anlagenverfügbarkeit. Fehlauslösungen durch Schalthandlungen oder Blitzschlag sind damit nahezu ausgeschlossen.
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