PV DC Arc-Fault Protection: NEC 690.11 vs IEC 63027

Kurze Antwort

Der PV-Gleichstrom-Lichtbogenschutz ist eine dedizierte Sicherheitsfunktion zur Erkennung gefährlicher Lichtbögen in Photovoltaik-Stromkreisen. Er wird nicht automatisch durch eine Sicherung, einen DC-Leitungsschutzschalter (MCB), einen Überspannungsschutz (SPD), einen Trennschalter oder ein herkömmliches AC-Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtung (AFDD) für Wohngebäude bereitgestellt.

Die beiden am häufigsten verglichenen Referenzen dienen unterschiedlichen Zwecken:

NEC 690.11 ist eine nordamerikanische Installationsvorschrift. In aktuellen NEC-Ausgaben erfordern PV-Systeme mit Gleichstromkreisen, die mit 80 V DC oder mehr zwischen den Leitern betrieben werden, im Allgemeinen einen gelisteten PV-Lichtbogenschutz, vorbehaltlich der jeweils geltenden NEC-Ausgabe, ihrer Ausnahmen, lokaler Ergänzungen und der zuständigen Behörde (AHJ).
IEC 63027:2023 ist eine internationale Produktleistungs- und Prüfnorm für Geräte, die Gleichstromlichtbögen in PV-Stromkreisen bis zu 1500 V DC erkennen und optional unterbrechen. Sie schreibt für sich genommen nicht vor, dass jedes Land oder jedes PV-Projekt solche Geräte installieren muss.
UL 1699B ist eine nordamerikanische Produktnorm für Lichtbogenschutzgeräte in Photovoltaik-Gleichstromanlagen.

Der zentrale technische Punkt ist:

Ein Serienlichtbogen kann einen geringeren Strom führen als die normale Betriebslast. Ein standardmäßiger Überstromschutz bleibt daher möglicherweise geschlossen, während der Lichtbogen weiterhin konzentrierte Hitze erzeugt.

Wichtigste Erkenntnisse

NEC 690.11 gibt einem Planer vor, wann eine Anlage Schutz benötigt, unter einem angewandten NEC-Rahmenwerk; IEC 63027 gibt einem Hersteller oder Käufer vor, wie PV-Lichtbogenerkennungsgeräte klassifiziert und geprüft werden, innerhalb ihres Anwendungsbereichs.
IEC 63027 konzentriert seine Prüfverfahren auf Lichtbögen in Reihe. Es erkennt sowohl reine Erkennungsgeräte als auch Geräte an, die Erkennung mit Unterbrechung kombinieren.
Ein Solarwechselrichter mit der Kennzeichnung "AFCI" sollte nicht allein aufgrund des Akronyms zugelassen werden. Bestätigen Sie dessen Zertifizierung oder Prüfnorm, den Schutzbereich des Stromkreises, den Spannungs-/Strombereich, die Anzahl der Strings und Kanäle, die Unterbrechungsmethode, die Firmware und das Wiedereinschaltverhalten.
Das Öffnen des Wechselrichtereingangs kann einen Lichtbogen in Reihe im überwachten Strompfad löschen, beweist jedoch nicht, dass jeder mögliche parallele oder erdbezogene Lichtbogen gelöscht wird. Die Schutzarchitektur muss auf die Fehlerart abgestimmt sein.
Steckverbindungen, Crimpqualität, Anschlussdrehmoment, Kabelunterstützung, Wassereintrittsschutz und Inbetriebnahmeprotokolle bleiben unerlässlich. Lichtbogen-Elektronik kann eine mangelhafte PV-Installation nicht kompensieren.

Was ist ein PV-Gleichstrom-Lichtbogenfehler?

Ein Lichtbogen ist eine selbsterhaltende elektrische Entladung durch ionisiertes Gas. In einer PV-Anlage hält das Sonnenlicht die Module unter Spannung, und Gleichstrom weist keinen natürlichen Stromnulldurchgang wie eine Wechselstromwellenform auf. Sobald ein Lichtbogen stabil ist, kann er einen kleinen Bereich eines Steckers, Leiters, Anschlusses, Abzweigkastens oder Moduls kontinuierlich erhitzen.

Häufige Ausgangspunkte sind:

ein nicht vollständig eingesteckter Steckverbinder;
Kontakte aus nicht zugelassenen Steckverbinderkombinationen;
eine fehlerhafte oder unvollständige Crimpverbindung;
eine lose Anschlussklemme im Generatoranschlusskasten oder Trennschalter;
ein durch Biegen, Vibration oder mangelhafte Kabelführung gebrochener Leiter;
beschädigte Isolierung durch Abrieb, Tiere, UV-Einstrahlung oder Montagearbeiten;
Feuchtigkeit, Verschmutzung oder Korrosion im Bereich einer Verbindung;
eine fehlerhafte Lötstelle, Modulanschlussleitung, Anschlussdose oder Bypass-Diodenverbindung.

Das System kann weiterhin Strom erzeugen, während sich der Defekt verschlimmert. Das macht den Lichtbogenschutz zu einer Maßnahme zur Brandrisikokontrolle und nicht zu einem Ersatz für den gewöhnlichen Überlastschutz.

Serienlichtbogen vs. Parallellichtbogen vs. Erdschluss

Diese Fehlertypen sind verwandt, aber nicht austauschbar.

Fehlertyp	Aktueller Pfad	Typischer Ursprung	Warum konventionelle Schutzeinrichtungen reagieren oder nicht reagieren können	Hauptreaktion des Designs
Serienlichtbogen	Über eine Unterbrechung im vorgesehenen Strompfad	Lose Steckverbindung, gebrochene Litze, fehlerhafte Crimpverbindung, lockere Anschlussklemme	Der Lichtbogenstrom wird durch den String und die Last begrenzt; er kann unter dem Ansprechwert der Sicherung oder des Schutzschalters bleiben	Spezielle Lichtbogenerkennung in Reihe und eine geprüfte Unterbrechungsmethode
Parallellichtbogen	Zwischen Leitern mit unterschiedlichem Potenzial	Isolationsfehler, beschädigte Plus- und Minusleiter, Verschmutzung	Der Strom kann hoch sein, seine Stärke hängt jedoch von der Array-Topologie und den verfügbaren Quellenpfaden ab	Überstrom, Isolations-/Erdschlussschutz, Trennung und fehlerspezifische Abschaltung
Erdschluss	Von einem spannungsführenden Leiter zu geerdetem Metall oder einem Erdungspfad	Beschädigtes Kabel, Wassereintritt, gequetschte Isolierung	Fehlerströme können so begrenzt oder verteilt sein, dass ein herkömmliches Überstromschutzorgan (OCPD) nicht auslöst	Erdschlusserkennung, Isolationsüberwachung, Potenzialausgleich und entsprechende Abschaltung

NEC 690.11 und der grundlegende Prüfumfang der IEC 63027 befassen sich mit Fehlern, die durch eine Unterbrechung der vorgesehenen Kontinuität des PV-Gleichstromkreises verursacht werden: Lichtbögen in Reihe.

Diese Abgrenzung ist wichtig. Untersuchungen von Sandia haben gezeigt, dass Serien- und Parallellichtbögen ähnliche hochfrequente Signaturen erzeugen können, die korrekte Abschaltmaßnahme jedoch unterschiedlich sein kann. Das Öffnen eines Serienstrompfads löscht den Serienlichtbogen. Ein Parallellichtbogen kann jedoch weiterhin von anderen Modulfeldern gespeist werden, und eine ungeeignete Reaktion kann den Strom durch die Fehlerstelle umleiten. Ein System sollte daher keinen umfassenderen Lichtbogenschutz beanspruchen, sofern diese Funktionalität nicht spezifisch bewertet wurde.

Warum eine PV-Sicherung oder ein DC-Leitungsschutzschalter (MCB) einen Serienlichtbogen möglicherweise nicht löscht

Überstromschutzeinrichtungen lösen aus, wenn der Strom einen definierten Zeit-Strom-Schwellenwert überschreitet. Ein Lichtbogen in Reihe erhöht die Impedanz im normalen Strompfad. Anstatt den Strom zu erhöhen, reduziert er ihn häufig.

Betrachten wir einen Strang, der im Normalbetrieb 9 A führt. Wenn ein beschädigter Steckverbinder einen Lichtbogen in Reihe erzeugt, bleibt der Strom möglicherweise nahe oder unter dem Betriebsniveau, anstatt über den Schwellenwert der Strang-Sicherung oder des Leitungsschutzschalters zu steigen. Der kleine Lichtbogenspalt kann dennoch genügend lokale Wärme erzeugen, um die Isolierung zu verkohlen oder umliegendes Polymermaterial zu entzünden.

Deshalb bieten die folgenden Geräte keinen automatischen Schutz gegen Lichtbögen in Reihe:

Gerät	Primäre Funktion	Warum es kein PV-Lichtbogendetektor ist
gPV-Sicherung	Schützt PV-Leitungen und -Module vor definierten Überstrombedingungen	Ein Lichtbogen in Reihe erzeugt möglicherweise keinen ausreichenden Überstrom
DC-Leitungsschutzschalter (MCB) oder Kompaktleistungsschalter (MCCB)	Unterbricht Überlast- und Kurzschlussströme innerhalb der spezifizierten DC-Anwendung	Thermisch-magnetische oder elektronische Überstromauslöser erkennen Lichtbogensignaturen nicht automatisch
SPD	Leitet transiente Überspannungsenergie ab	Analysiert das Strangstromrauschen nicht kontinuierlich auf Serienlichtbögen
DC-Trennschalter	Ermöglicht das Schalten oder Trennen innerhalb der angegebenen Bemessungswerte	Erfordert einen Schaltbefehl und erkennt im Normalbetrieb keine Lichtbögen
Erdschlussüberwachungsgerät	Identifiziert ungewollte Ableitströme gegen Erde oder Isolationsverschlechterungen	Eine Leiter-zu-Leiter-Serienunterbrechung erzeugt möglicherweise keinen Erdfehlerstrom
AC-AFDD/AFCI	Erkennt spezifische Lichtbogensignaturen in AC-Endstromkreisen	Algorithmen und Produktnormen für AC-Wohngebäudeanwendungen definieren keine PV-DC-Leistung

Diese Geräte bleiben dort erforderlich, wo das Design sie vorsieht. Lichtbogenschutz ist eine zusätzliche koordinierte Ebene, kein Ersatz für PV-geeigneten DC-Leitungsschutz, Sicherungen, Überspannungsschutz oder sichere Trennung.

Was NEC 690.11 erfordert

NEC 690.11 trägt den Titel Lichtbogenschutz (Gleichstrom). Gemäß der in aktuellen NEC-Zyklen verwendeten Formulierung müssen PV-Anlagen mit Gleichstromkreisen, die mit 80 V DC oder mehr zwischen zwei beliebigen Leitern betrieben werden, mit einem gelisteten PV-Lichtbogenschutzschalter oder gelisteten Systemkomponenten ausgestattet sein, die einen gleichwertigen Schutz bieten.

Das geschützte System muss Lichtbögen erkennen und unterbrechen, die durch einen Verlust der beabsichtigten Kontinuität in einem Leiter, einer Verbindung, einem Modul oder einer anderen PV-Gleichstromkomponente verursacht werden.

NEC 690.11 ist eine Installationsvorschrift

Ihre Rechtswirkung hängt ab von:

die vom Bundesstaat, der Stadt, dem Versorgungsunternehmen oder einer anderen Behörde angewandte NEC-Ausgabe;
lokale Ergänzungen;
ob sich der Gleichstromkreis an, in oder in Verbindung mit einem Gebäude befindet, wie in der jeweiligen Ausgabe behandelt;
ob eine genannte Ausnahme für die spezifische Leitungsführung und Anlage gilt;
die Zulassung der Ausrüstung und die Installationsanweisungen;
die Genehmigung des eingereichten Entwurfs durch die zuständige Behörde (AHJ).

Aktuelle Vorschriftentexte enthalten Ausnahmen für bestimmte PV-Stromkreise außerhalb oder in Verbindung mit spezifischen Gebäudebedingungen, wenn die Leiter in qualifizierten metallischen Installationssystemen oder unterirdisch verlegt werden. Der Wortlaut hat sich über die verschiedenen Vorschriftenzyklen hinweg geändert. Kopieren Sie keine Ausnahme aus einer alten Zeichnungsnotiz in ein neues Projekt, ohne die lokal geltende Ausgabe zu prüfen.

Großflächige PV-Stromversorgungsanlagen können zudem zusätzlichen Bestimmungen des Artikels 691 sowie projektspezifischen Brandschutzanforderungen unterliegen. "Bodenmontiert" allein reicht als Information nicht aus, um die Konformität zu beurteilen.

NEC 690.11 ist nicht die Vorschrift für die Schnellabschaltung (Rapid Shutdown)

NEC 690.11 und NEC 690.12 adressieren unterschiedliche Gefahren:

Lichtbogenschutz erkennt gefährliche Unterbrechungslichtbögen und leitet die Abschaltung ein.
Schnellabschaltung (Rapid Shutdown) steuert die Leitungsspannung an PV-Anlagen auf Gebäuden, um das Stromschlagrisiko für Einsatzkräfte zu verringern.

Ein Produkt kann beide Funktionen erfüllen, aber die Konformität mit einem Abschnitt beweist nicht automatisch die Konformität mit dem anderen.

Was IEC 63027:2023 tatsächlich abdeckt

IEC 63027:2023, Photovoltaik-Stromversorgungssysteme – Erkennung und Unterbrechung von Lichtbögen auf der Gleichstromseite, gilt für Geräte, die zur Erkennung und optionalen Unterbrechung von Gleichstromlichtbögen in PV-Systemstromkreisen verwendet werden.

Der veröffentlichte Anwendungsbereich legt drei wichtige Grenzen fest:

Er stellt Prüfverfahren zur Erkennung bereit Lichtbögen in Reihe in PV-Stromkreisen.
Er befasst sich mit dem Ansprechverhalten von Geräten, die zur Unterbrechung dieser Lichtbögen verwendet werden.
Er deckt Geräte ab, die an PV-Systeme mit einer maximalen PV-Quellenspannung von nicht mehr als 1500 V DC angeschlossen sind.

Es handelt sich um eine Produktnorm, nicht um eine allgemeine Installationsvorschrift. Nationale Installationsvorschriften, Bauvorschriften, Ausschreibungsspezifikationen, Anforderungen von Versicherern oder lokale Behörden entscheiden darüber, ob und wo Lichtbogenerkennungseinrichtungen installiert werden müssen.

AFD, AFI und AFPE

Die IEC-Terminologie unterscheidet zwischen der Erkennungs- und der Unterbrechungsfunktion:

Begriff	Bedeutung	Funktion
AFD	Lichtbogenerkennungseinrichtung	Erkennt einen Lichtbogen und erzeugt die entsprechende Anzeige oder den entsprechenden Befehl
AFI	Lichtbogen-Schutzeinrichtung	Empfängt einen Befehl und unterbricht den Lichtbogenstrompfad
AFPE	Lichtbogenschutzeinrichtung	Kombiniert Lichtbogenerkennung und -unterbrechung als vollständige Schutzfunktion
AFS	Lichtbogensensor	Sensorelement oder Kanal, der mit der Erkennungsarchitektur verbunden ist

Diese Unterscheidung verhindert einen häufigen Einkaufsfehler: ein AFD kann einen Lichtbogen erkennen, ohne ihn eigenständig zu unterbrechen.. Wenn das Produkt nur zur Erkennung dient, muss das Projekt das kompatible AFI, die Kommunikationsverbindung, das ausfallsichere Verhalten und das verifizierte Gesamtsystem definieren.

Klassifizierung und Abdeckungsbereich sind entscheidend.

Die Klassifizierung nach IEC 63027 dient der Beschreibung praktischer Installationsmerkmale, einschließlich:

Schutzabdeckung innerhalb des PV-Systems;
integrierte, eigenständige oder verteilte Implementierung;
Funktionalität nur zur Erkennung gegenüber Erkennung und Unterbrechung;
maximale Anzahl der überwachten Strings und Eingänge;
Anzahl und Zuordnung der Erkennungskanäle oder Sensoren;
Wiedereinschaltmethode nach Auslösung.

Zwei Wechselrichter können beide mit "IEC 63027 Lichtbogenerkennung" werben, während sie unterschiedliche Anzahlen von Strings, unterschiedliche Leiterquerschnitte oder unterschiedliche Abschaltfunktionen abdecken. Fordern Sie die Klassifizierung und den Prüfnachweis für das exakte Modell und die Firmware an, anstatt eine produktreihenbezogene Broschüre zu akzeptieren.

NEC 690.11 vs. IEC 63027 vs. UL 1699B

Artikel	NEC 690.11	UL 1699B	IEC 63027:2023
Rolle des Dokuments	Anforderungen der Elektroinstallationsnorm	Nordamerikanischer Produktsicherheitsstandard	Internationaler Produktleistungs- und Prüfstandard
Hauptanwendung	Bestimmt, wann ein gelisteter PV-DC-Lichtbogenschutz in einer NEC-konformen Gerichtsbarkeit erforderlich ist	Unterstützt die Bewertung/Zulassung von PV-DC-Lichtbogenschutzgeräten	Klassifiziert und prüft PV-DC-Lichtbogenerkennungs- und optionale Unterbrechungseinrichtungen
Rechtswirkung	Durchsetzung bei Übernahme, Auslegung durch die zuständige Behörde (AHJ)	Relevant durch Zulassung, Spezifikation und normative Anerkennung	Wird vertraglich oder rechtlich relevant bei Übernahme durch einen Markt, eine Installationsvorschrift oder eine Projektspezifikation
Spannungsgrenze	Aktuelle Ausgaben verwenden 80 V DC oder mehr zwischen den Leitern, abhängig von der Ausgabe und Ausnahmen	Verwenden Sie den aufgeführten Anwendungsbereich und die Bemessungswerte des Produkts	Betriebsmittel, die an PV-Quellstromkreise bis 1500 V DC angeschlossen sind
Hauptfokus auf Fehler	Serienlichtbögen verursacht durch Unterbrechung der beabsichtigten Kontinuität	PV-DC-Lichtbogenschutz im Anwendungsbereich der Norm	Prüfverfahren für die Erkennung von Serienlichtbögen und die Unterbrechungsreaktion
Unterbrechung	Erforderlich als Teil des Schutzergebnisses	Bewertet als Teil der aufgeführten Schutzfunktion	Optional im Geräteumfang: AFD kann nur erkennen; AFPE beinhaltet die Unterbrechung
Projektnachweis	Angewandte Normen, Zeichnungen, gelistete Geräte, Anweisungen, Abnahme durch die zuständige Behörde (AHJ)	Zulassungs-/Zertifizierungsunterlagen und Modellkennzeichnungen	Klassifizierung, Zertifikats-/Prüfnachweis, Bemessungswerte, Firmware und Installationsbeschränkungen

UL Solutions identifiziert UL 1699B als Standard für den Lichtbogenschutz in Photovoltaik-Gleichstromkreisen. Eine Behauptung, dass die Anforderungen gemäß NEC 690.11 erfüllt werden, sollte daher durch die entsprechende Zulassung oder gelistete gleichwertige Systemkomponenten belegt werden und nicht allein durch einen internen Algorithmus zur Lichtbogenerkennung.

IEC 63027 ist nicht IEC 62606

Die ähnliche Terminologie kann Käufer in die Irre führen:

IEC 62606 befasst sich mit Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtungen (AFDDs) für den Hausgebrauch und ähnliche Wechselstromkreise innerhalb ihres Anwendungsbereichs.
IEC 63027 befasst sich mit Geräten zur Erkennung und Unterbrechung von Gleichstrom-Lichtbögen für Photovoltaikanlagen.

Ein nach IEC 62606 geprüftes AFDD für AC-Wohngebäudeanwendungen ist nicht automatisch für einen 1000-V- oder 1500-V-PV-String geeignet. Wellenform, Quellenverhalten, Schaltgeräusche, Isolationssystem, Umgebungsbedingungen und das Unterbrechungsproblem sind unterschiedlich.

Für die Gerätekategorie der AC-Endstromkreise siehe den separaten Leitfaden von VIOX zu IEC 62606 AFDD-Schutz.

Wo Lichtbogen-Schutzeinrichtungen für PV-Anlagen platziert werden können

Der korrekte Standort hängt von der geprüften Schutzabdeckung, der Array-Topologie, der Stranganzahl und der Abschaltmethode ab.

Im Wechselrichter integrierter Schutz

Der Detektor analysiert einen oder mehrere DC-Eingänge, und der Wechselrichter oder die zugehörige Schaltanlage unterbricht nach der Erkennung den Strompfad.

Vorteile

weniger externe Komponenten;
Zugriff auf MPPT- und Stromdaten;
Ereignisprotokollierung und Ferndiagnose können verfügbar sein;
üblich bei Strangwechselrichter-Designs.

Zu klärende Fragen

Wie viele Strings können an jeden überwachten Eingang angeschlossen werden?
Wird jeder String unabhängig überwacht oder werden mehrere vor einem Sensor zusammengeführt?
Führt das Öffnen des Wechselrichtereingangs zur Spannungsfreischaltung des gesamten geschützten Bereichs?
Ist die Funktion von einer bestimmten Firmware-Version oder Einstellung abhängig?
Welcher Kabelquerschnitt zwischen PV-Generator, Generatoranschlusskasten und Wechselrichter ist vom getesteten Abdeckungsbereich umfasst?

Schutz auf Ebene des Generatoranschlusskastens oder des Strings

Eine Erkennung näher am PV-Generator kann die Fehlerlokalisierung verbessern und die Anzahl der Strings pro Sensorkanal reduzieren. Die AFD oder AFPE kann integriert werden in einen PV-Combiner-Box oder als dedizierte Strang-Ausrüstung installiert.

Diese Architektur muss Folgendes berücksichtigen:

die Anzahl der parallelen Stränge;
den Stromfluss von fehlerfreien Strängen in Richtung eines Fehlers;
Sensorzuordnung und Kanalunabhängigkeit;
DC-Unterbrechungsspannung und Polarität;
Umgebungstemperatur und Gehäuseschutzart;
Ausfall der Kommunikation und der Hilfsenergieversorgung;
Koordination mit Strang-Sicherungen, Trennschaltern und Wechselrichtersteuerungen.

Ein Standard-Generatoranschlusskasten wird nicht allein dadurch zu einer AFPE, dass er Sicherungen, einen Überspannungsschutz (SPD) und einen DC-Lasttrennschalter enthält.

Schutz auf Modulebene oder dezentraler Schutz.

Dezentrale Sensoren oder Unterbrecher können die Schutzzone eingrenzen und die Lokalisierung verbessern. Sie erhöhen jedoch die Anzahl der Komponenten, die Exposition auf dem Dach, die Komplexität der Kommunikation sowie den Wartungsaufwand.

Das Projekt sollte verifizieren, was passiert, wenn:

ein Modulgerät die Stromversorgung oder die Kommunikation verliert;
nur ein Teil eines Strangs unterbrochen wird;
die zentrale Steuerung nicht verfügbar ist;
Die Firmware-Versionen unterscheiden sich je nach Gerät.;
Ein paralleler Fehler bleibt durch benachbarte Stränge unter Spannung.

Koordination von AFCI mit Sicherungen, Schutzschaltern, Überspannungsschutzgeräten (SPD) und Trennschaltern

Ein vollständiges PV-DC-Schutzkonzept weist jeder Schutzebene eine spezifische Aufgabe zu.

Schutzebene	Erkennt oder steuert	Koordinationsfrage
String-Sicherung	Rückstrom- und definierte Überstrombedingungen	Stimmt die Bemessung mit der maximalen Reihensicherung des Moduls und dem Parallelstrangstrom überein?
Gleichstromunterbrecher	Überlast-/Kurzschlussschutz und Schalten gemäß Spezifikation	Ist das Gerät für PV-Gleichspannung, Polarität, Fehlerstrom und Zeit-Strom-Kennlinie ausgelegt?
SPD	Blitzinduzierte und schaltbedingte Überspannung	Ist der SPD für die PV-Spannungsarchitektur und das Erdungssystem geeignet?
DC-Trennschalter	Manuelles oder ferngesteuertes Schalten/Trennen	Kann es die angegebene Gleichstromlast unterbrechen und ist es im AFPE-Unterbrechungspfad enthalten?
Erdschluss-/Isolationsüberwachung	Leckstrom oder Isolationsverschlechterung	Welche Fehler bleiben in einem ungeerdeten oder funktional geerdeten Array unentdeckt?
AFD/AFPE	Serienlichtbogensignatur und getestetes Abschaltverhalten	Welche Schaltungsabschnitte, Stranganzahl, Betriebsbereiche und Fehlerszenarien werden abgedeckt?

Ein AFPE kann einen Wechselrichter, ein Schütz, einen Halbleiterschalter oder PV-geeignete DC-Trenneinrichtung ansteuern, um den Serienstrompfad zu unterbrechen. Das ausführende Gerät muss Teil der bewerteten Architektur sein. Das Hinzufügen eines Arbeitsstromauslösers zu einem nicht zugehörigen DC-Leistungsschalter stellt für sich genommen noch keine Konformität mit IEC 63027 oder UL 1699B her.

Wie PV-Steckverbinder und Anschlüsse Serienlichtbögen verursachen

PV-Steckverbinder sind häufige Problemstellen, da sie eine kleine Kontaktschnittstelle mit wechselnden Außentemperaturen, Feuchtigkeit, Kabelbewegungen und einer langen Lebensdauer kombinieren.

Mischen von Steckverbindermarken

Produkte, die als "MC4-kompatibel" beschrieben werden, sind nicht zwangsläufig als Steckverbinderpaar qualifiziert. Kontaktgeometrie, Beschichtung, Federkraft, Dichtungskompression, Toleranzen, Abmessungen der Kabelverschraubung und Montagewerkzeuge können variieren. Verwenden Sie nur Steckverbinderkombinationen, die in der Modul-, Steckverbinder- und Projektdokumentation zugelassen sind.

Fehlerhaftes Crimpen

Falsche Crimpeinsätze, verschlissene Werkzeuge, falsche Abisolierlängen, nicht unterstützte Kabelquerschnitte oder nicht vollständig eingeführte Leiter können zu Verbindungen mit hohem Widerstand führen. Ein Zugtest allein beweist keinen niedrigen elektrischen Widerstand, während ein elektrischer Test allein keine mechanische Festigkeit garantiert. Befolgen Sie den vollständigen Montage- und Prüfprozess des Steckverbinderherstellers.

Lose Klemmen und beschädigte Kabel

Sammelklemmen, Sicherungshalter, DC-Schalter und Wechselrichtereingänge können schwache Verbindungen aufweisen, wenn die Leitervorbereitung, das Drehmoment oder die Zugentlastung nicht korrekt sind. Kabelabrieb unter den Modulen kann sowohl zu Serienunterbrechungen als auch zu Isolationsfehlern führen.

Eine gute Lichtbogenfehlerprävention beginnt daher bereits vor der Elektronik:

Verwenden Sie dokumentierte Steckverbinderkombinationen;
Verwenden Sie kalibrierte und spezifizierte Crimpwerkzeuge;
Beachten Sie die für die jeweilige Komponente angegebenen Anzugsdrehmomente für die Klemmen;
Verlegen Sie Kabel geschützt vor scharfen Kanten und stehendem Wasser;
Halten Sie Biegeradien und Zugentlastungen ein;
Dokumentieren Sie die Installationsdetails von Strings und Steckverbindern;
Überprüfen Sie Änderungen und Ersatzsteckverbinder mit derselben Sorgfalt wie bei der Erstinstallation.

Inbetriebnahme des PV-Lichtbogenschutzsystems

Die Inbetriebnahme muss sowohl die Schutzfunktion als auch den Installationskontext nachweisen, ohne einen unkontrollierten Lichtbogen zu erzeugen.

Aufzeichnung:

Modellnummern von Wechselrichter, AFD, AFI und AFPE;
Zulassung oder IEC-Klassifizierung und Zertifikatsreferenz;
Firmware-Version und aktivierte Schutzeinstellungen;
maximal korrigierte Leerlaufspannung des Strings;
Betriebsstrombereich und Anzahl der Strings pro Eingang;
Sensor-/Kanalzuordnung;
Schutzleiterquerschnitte;
Unterbrechungseinrichtung und Steuerpfad;
Alarm-, Ereignisprotokoll-, Kommunikations- und Rücksetzverhalten;
Steckverbinderserien, Crimpwerkzeuge, Drehmomentprotokolle und Inspektionsergebnisse.

Verwenden Sie ausschließlich die vom Hersteller zugelassene Funktionsprüfung oder Inbetriebnahme-Methode. Erzeugen Sie keinen improvisierten DC-Lichtbogen, um die Funktion zu prüfen. Isolationswiderstands- und Durchgangsprüfungen müssen zudem den Anweisungen von Wechselrichter, Optimierer, SPD und AFPE folgen, damit keine Prüfspannung an angeschlossene Elektronik angelegt wird, die diese nicht verträgt.

Fehlersuche bei Solar-AFCI-Auslösungen

Eine Lichtbogenfehler-Auslösung sollte als potenziell echter Verdrahtungsfehler behandelt werden, bis das Gegenteil bewiesen ist. Wiederholtes Zurücksetzen ohne Inspektion kann eine beschädigte Verbindung erneut unter Spannung setzen.

Beginnen Sie mit der Beweissicherung, nicht mit einer Deaktivierung der Einstellung

Qualifiziertes Personal sollte Folgendes überprüfen:

Genaue Ereignis-Code und Zeitstempel;
Betroffener MPPT-Eingang, String, Kanal oder Sensor;
DC-Spannung und -Strom vor dem Betrieb;
Wetter- und Einstrahlungsbedingungen;
Ereignisse bezüglich Wechselrichterschaltung, Netz oder Kommunikation;
Kürzlich durchgeführte Wartungsarbeiten, Modulaustausch oder Kabelarbeiten;
Historie desselben Fehlers, ob dieser zwischen Kanälen wechselt oder in einem String verbleibt.

Befolgen Sie anschließend den Isolations- und Diagnoseprozess des Geräteherstellers. Überprüfen Sie Steckverbinder, Crimpverbindungen, Klemmen, Kabelführung, Wassereintritt, Abriebstellen, Komponenten des Generatoranschlusskastens und DC-Trennschalter. Das Fehlen sichtbarer Verbrennungsspuren beweist nicht, dass kein intermittierender Lichtbogen aufgetreten ist.

Ursachen für unerwünschte Auslösungen

Erkennungsalgorithmen müssen Lichtbogengeräusche von normalem hochfrequentem Verhalten unterscheiden. Zu den schwierigen Bedingungen können gehören:

Schaltfrequenzspektren von Wechselrichtern;
MPPT-Betriebsübergänge;
lange DC-Kabelwege und Kopplungen zwischen benachbarten Strings;
DC/DC-Wandler oder leistungselektronische Komponenten auf Modulebene;
externe elektromagnetische Störungen;
Instabile Steckverbinder, die vor sichtbaren Schäden zu intermittierenden Störgeräuschen führen;
Falsche Sensorzuordnung oder nicht unterstützte String-Konfiguration;
Veraltete oder nicht kompatible Firmware.

Die Korrekturmaßnahme besteht nicht automatisch darin, die Empfindlichkeit zu verringern oder den AFCI zu deaktivieren. Beseitigen Sie zunächst physische Defekte, überprüfen Sie die unterstützte Array-Konfiguration und verwenden Sie ausschließlich vom Hersteller freigegebene Firmware und Einstellungen.

Beschaffungs-Checkliste für Solar-AFCI und AFPE

Frage des Käufers	Anzufordernde Nachweise
Welche Marktanforderung wird erfüllt?	Übernommene NEC-Klausel und Zulassung, IEC 63027-Klassifizierung/Prüfnachweis oder benannte lokale Installationsanforderungen
Handelt es sich bei dem Produkt um ein AFD oder ein vollständiges AFPE?	Funktionsblockschaltbild mit Kennzeichnung von Detektor, Unterbrecher, Kommunikationspfad und Hilfsstromversorgung
Welcher Stromkreisabschnitt wird geschützt?	Abdeckungsdiagramm von den Modulen über den Combiner bis zu den Wechselrichtereingängen
Was sind die elektrischen Grenzwerte?	Maximale PV-Spannung, Voc-Bereich, Vmpp-Bereich, Isc, Impp, Polarität und umgebungsbedingtes Derating
Wie viele Strings und Eingänge werden unterstützt?	Maximale Strings pro Eingang, Anzahl der Eingänge pro Sensor und Anzahl der unabhängigen Kanäle
Wie wird der Lichtbogen unterbrochen?	AFI-Typ, DC-Unterbrechungsleistung, Befehlspfad und Verhalten im Fehlerzustand
Welche Fehlerart wird getestet?	Umfang der Serienlichtbogenprüfung sowie zusätzlich bewertete Parallellichtbogen- oder Erdschlussfunktionalität
Wie wird die Wiedereinschaltung gesteuert?	Regeln für manuellen/automatischen Betrieb, Sperrverhalten, Inspektionsanforderungen und Ereignisspeicherung
Beeinflusst die Firmware die Konformität?	Zertifizierte Firmware-Version, Änderungskontrollrichtlinie, Aktualisierungsverfahren und Einstellungsbeschränkungen
Wie wird mit Störereignissen umgegangen?	EMV-Prüfungen, unterstützte Topologie, Diagnoseprotokolle, Wartungsverfahren und technischer Support
Welche Zertifizierungen sind gültig?	Zertifikatsnummer, ausstellende Stelle, genaues Modell, Fertigungsstandort (falls relevant) und aktueller Status
Wie wird das System in Betrieb genommen?	Genehmigtes Prüfverfahren, Aufzeichnungen, Alarme, Kommunikation und Wartungsanweisungen

Vermeiden Sie Spezifikationen, die lediglich besagen, dass der "Wechselrichter eine AFCI enthalten muss". Dieser Ausdruck spezifiziert weder die Norm, den geschützten Bereich, die Anzahl der überwachten Strings, die Unterbrechungsfunktion noch den Nachweis der Abnahme.

Common Specification Mistakes

Behandlung von NEC 690.11 und IEC 63027 als gleichwertige Dokumente

Das eine ist eine Installationsvorschrift, das andere eine Produktleistungs- und Prüfnorm. Ein Projekt kann sich auf beide beziehen, sie beantworten jedoch unterschiedliche Fragen.

Annahme, dass die Erkennung immer eine Unterbrechung beinhaltet

Die IEC 63027 lässt im Rahmen ihres Anwendungsbereichs Geräte zu, die nur zur Erkennung dienen. Bestätigen Sie, ob es sich bei dem gelieferten System um ein AFD oder ein vollständiges AFPE handelt.

Berücksichtigung nur der DC-Eingänge des Wechselrichters

Die Anzahl der physischen Eingänge belegt nicht die Anzahl der unabhängigen Lichtbogensensoren oder überwachten Strings. Fordern Sie die Klassifizierung und den Kanalplan an.

Verwendung eines Standard-DC-Leitungsschutzschalters als “Solar-AFCI”

Ein DC-Leitungsschutzschalter kann einen Auslösebefehl nur ausführen, wenn er für diese Funktion geeignet und in ein bewertetes System integriert ist. Sein gewöhnliches Überstromschutzelement erkennt einen Serienlichtbogen nicht automatisch.

Deaktivierung des Schutzes nach wiederholten Auslösungen

Ein Wackelkontakt oder ein Kabeldefekt kann lichtbogenähnliche Signale erzeugen, bevor ein Hitzeschaden offensichtlich wird. Untersuchen Sie den Stromkreis und die unterstützte Konfiguration, bevor Sie Schutzeinstellungen ändern.

Verwechslung von Lichtbogenfehlern mit Störlichtbögen

Der PV-Lichtbogenschutz zielt darauf ab, anhaltende, unbeabsichtigte Lichtbögen zu erkennen, die einen Brand verursachen können. Die Störlichtbogenanalyse befasst sich mit der thermischen Energie und der Gefährdung von Arbeitnehmern bei hochenergetischen Fehlern. Beide basieren auf der Physik von Lichtbögen, sind jedoch keine identischen Untersuchungen oder Schutzfunktionen.

FAQ

Erfordert die IEC 63027 einen AFCI bei jeder Solaranlage?

Nein. Die IEC 63027 ist eine Produktprüf- und Leistungsnorm. Installationsanforderungen ergeben sich aus nationalen Vorschriften, lokalen Normen, Projektspezifikationen, Versicherern oder den zuständigen Behörden (AHJs).

Ist ein AFDD nach IEC 62606 für einen PV-DC-String geeignet?

Nicht allein auf Basis der IEC 62606. Diese Norm behandelt AFDD-Anwendungen im Wechselstrombereich innerhalb ihres Geltungsbereichs. PV-DC-Geräte erfordern eine entsprechende Bewertung von Spannung, Quellstromkreis, Erkennung, Unterbrechung und Umgebungsbedingungen, wie sie durch die relevante IEC 63027 nachgewiesen wird.

Gilt NEC 690.11 für jedes bodenmontierte PV-System?

Nicht unbedingt. Die Anwendbarkeit hängt von der jeweils geltenden NEC-Ausgabe, der Stromkreisspannung, dem Bezug zu Gebäuden, der Verkabelungsmethode, etwaigen Ausnahmen gemäß Artikel 690 oder 691, lokalen Ergänzungen und der Auslegung durch die zuständige Behörde (AHJ) ab. Prüfen Sie das spezifische Projekt, anstatt sich auf die Bezeichnung "bodenmontiert" zu verlassen."

Kann ein im Wechselrichter integrierter AFCI Strings schützen, die über einen Generatoranschlusskasten (Combiner Box) verbunden sind?

Nur innerhalb seiner geprüften Konfiguration. Bestätigen Sie die maximale Anzahl paralleler Strings, die Sensorzuordnung, die geschützte Leiterlänge und -zone, die Anordnung des Anschlusskastens sowie den Unterbrechungspfad. Das Zusammenführen von mehr Strings als im geprüften Grenzwert zulässig, kann sowohl die Lichtbogensignalstärke als auch die Fehlerstrompfade verändern.

Ersetzt eine PV-Sicherung oder ein DC-Leitungsschutzschalter (MCB) einen Solar-AFCI?

Nein. Diese Geräte schützen vor definierten Überstrombedingungen. Ein serieller Lichtbogen kann unterhalb ihrer Auslöseschwelle bleiben, weshalb eine dedizierte Lichtbogenerkennung weiterhin erforderlich sein kann.

Was ist der Unterschied zwischen Solar-AFCI und AFPE?

Solar-AFCI ist die gebräuchliche nordamerikanische Terminologie für die PV-Lichtbogenfehler-Schutzeinrichtung. AFPE ist die IEC-Terminologie für Geräte, die Lichtbogenerkennung und -unterbrechung kombinieren. Überprüfen Sie immer die geltende Norm und Funktion, anstatt die Akronyme als universell austauschbar zu betrachten.

Benötigen Mikro-Wechselrichtersysteme einen Schutz gemäß NEC 690.11?

Viele Mikro-Wechselrichterarchitekturen halten die DC-Stromkreise der einzelnen Module unter dem NEC-Spannungsschwellenwert, aber die Antwort hängt von der tatsächlichen Stromkreisspannung und dem angewandten Regelwerk ab. Überprüfen Sie die Gerätearchitektur und die Anforderungen der zuständigen Behörde (AHJ).

Kann eine AFCI-Auslösung aus der Ferne zurückgesetzt werden?

Nur wenn das Produkt, die geltende Norm/Zulassung, die Installationsvorschriften und das Betriebsverfahren dies zulassen. Ein Fern-Reset sollte keine erforderliche Inspektion umgehen oder eine möglicherweise beschädigte Verbindung wiederholt unter Spannung setzen. Überprüfen Sie die angegebene Methode zur Wiedereinschaltung und die Ereignishistorie.

Abschließende technische Regel

Der PV-DC-Lichtbogenschutz muss spezifiziert sein als Systemfunktion, und nicht als dreibuchstabiges Merkmal in einer Wechselrichterbroschüre.

Für NEC-Projekte sind die angewandte Version von NEC 690.11, die 80-V-Stromkreisgrenze, etwaige gültige Ausnahmen, die Geräteliste, die Leitungsführung und die Abnahme durch die zuständige Behörde (AHJ) zu bestätigen. Für IEC-Projekte ist zu bestätigen, ob es sich bei dem Gerät um ein AFD oder AFPE handelt, sowie dessen Klassifizierung nach IEC 63027, Spannungs-/Strombereich, überwachte Strings und Kanäle, Schutzbereich, Unterbrechungsmethode, Firmware und Wiedereinschaltverhalten.

Koordinieren Sie diese Funktion anschließend mit PV-Sicherungen, DC-Leistungsschaltern, Überspannungsschutzgeräten (SPD), Trennschaltern, Erdschlussschutz, Steckverbindern, Kabelführung und Inbetriebnahmeprotokollen. Eine Sicherung, ein DC-Leitungsschutzschalter (MCB), ein SPD oder ein Trennschalter bleibt nützlich, sollte jedoch nicht als dedizierter PV-Reihenlichtbogenschutz ausgewiesen werden, es sei denn, das Gesamtsystem wurde für diese Funktion bewertet.