RCMU - Abakus solar AG

Doepke Schaltgeräte GmbH, Norden 

Stefan Davids 

Leiter Verkaufsförderung 

Günter Grünebast 

Leiter Normung/Prüfung/Zertifizierung

Kurzvorstellung 

Doepke Schaltgeräte GmbH & Co. KG, Norden 

» inhabergeführtes mittelständisches Unternehmen 

» hohe Eigenfertigungstiefe 

» Fertigung in Deutschland 

» große Flexibilität bei der Produktion von individuellen Lösungen 

» umfangreiches Programm im Bereich RCDs 

Stefan Davids, Günter Grünebast | Doepke Schaltgeräte GmbH 

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Übersicht 

1. Definition RCD / RCM 

2. Definition Typ A / Typ B 

3. Was ist eine RCMU? 

4. Fehlerstromschutz auf der Gleichstromseite einer PV-Anlage 

5. Fehlerstromschutz auf der Wechselstromseite einer PV-Anlage 

6. Praxisbeispiel: Fehler auf der Gleichstromseite einer PV-Anlage 

7. Welche Fehlerströme können auftreten? 

8. Einsatz von RCD in PV-Anlagen 


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Definition: RCD / RCM 

RCD 

(Residual Current Device) 

RCM 

(Residual Current Monitor) 

RCCB RCBO CBR MRCD 

» RCCB 

» Residual Current Operated Circuit Breaker 

Fehlerstromschutzschalter 

nach DIN EN 61008-1 / VDE 0664-10 und -100 

» geeignet als Schutzmaßnahme für den Schutz durch 

automatische Abschaltung der Stromversorgung 

(Trennereigenschaft) 

» Beispiel: DFS 4 B 


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Definition: RCD / RCM 

RCD 

(Residual Current Device) 

RCM 

(Residual Current Monitor) 

RCCB RCBO CBR MRCD 

RCM 

» RCM 

» Residual Current Monitor 

Differenzstrom-Überwachungsgerät 

nach DIN EN 62020 / VDE 0663 

» nicht geeignet als Schutzmaßnahme für den 

Schutz durch automatische Abschaltung der 

Stromversorgung 

» Beispiel: DRCM 1 A 


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Definition: Typ AC / Typ A / Typ B 

Typ AC: 

Typ A: 

Typ B: 

Erfassung von Wechselfehlerströmen der Netzfrequenz 

(in Deutschland nicht zulässig) 

Erfassung von Wechselfehlerströmen und pulsierenden 

Gleichfehlerströmen der Netzfrequenz 

Erfassung von Wechselfehlerströmen und 

pulsierenden Gleichfehlerströmen der Netzfrequenz sowie 

glatten Gleichfehlerströmen und Wechselfehlerströmen ≠ Netzfrequenz 

Typ AC 

Typ A 

Typ B 


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Definition: „pulsierender Gleichfehlerstrom“ (Typ A) 

IEC 60755: 

Fehlerstrom muss für mindestens 8,3 ms Nullpunktberührung haben 

(Netzfrequenz f = 50 Hz) 

Maximal 6 mA überlagerter glatter Gleichfehlerstrom ist zulässig 

(unabhängig vom Bemessungsfehlerstrom) 


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VDE 0100-530: 

Allgemeine Bedingungen für die Auswahl und Errichtung 

von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCDs) 

„Wenn Teile elektrischer Betriebsmittel, 

die auf der Lastseite einer Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD) fest errichtet werden, 

reine Gleichfehlerströme erzeugen können, 

muss die Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD) vom Typ B sein.“ 


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Blockschaltbild PV-Anlage 


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Fehlerstromschutz auf der DC-Seite 

VDE V 0126-1-1: 

» selbsttätige Schaltstelle zwischen 

einer Eigenerzeugungsanlage und Niederspannungsnetz 

» auch als ENS bezeichnet 

(Einrichtung zur Netzüberwachung mit jeweils zugeordnetem Schaltorgan in Reihe) 

» Sie überwacht Netzspannung, Netzfrequenz, Gleichstromeinspeisung 

und verhindert einen unbeabsichtigten Inselnetzbetrieb. 

» überwiegend in Wechselrichter (WR) integriert 

» Schaltorgane zum Schalten (Relais) sind im WR integriert, 

jedoch i. d. R. nicht zum Trennen geeignet (keine 4 mm Kriech- und Luftstrecken) 


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VDE V 0126-1-1: 

» Trotz aller normativen Anforderungen bezüglich Basisschutz und Fehlerschutz (doppelte 

Isolierung der PV-Kabel usw.) hat es durch Fehler auf der DC-Seite (PV-Generator) 

mehrere Unfälle gegeben. 

» Auf Empfehlung der BG ETEM ist für Betrieb in PV-Anlagen mit trafolosen WR daher für 

den Personenschutz auf der DC-Seite eine Fehlerstrom-Überwachungseinheit integriert: 

RCMU (Residual Current Monitoring Unit). 

» RCMU ist Bestandteil der selbsttätigen Schaltstelle (ENS) 

» Wenn eine RCMU nicht integriert ist, so ist für den Personenschutz eine externe RCD 

vom Typ B auf der AC-Seite erforderlich. 


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trafoloser Wechselrichter 

DC-Zuleitung 

Zwischenkreiskondensatoren 

Transistorbrücke 

PV+ 

RCMU 

PV- 

Netzdrosseln 

Relais 

RCMU-Platine 

L 

N 

Transistorvollbrücke 

Netzdrosseln 

Steuerung 

Relais 


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» Aufgrund parasitärer Kapazitäten der PV-Module (Metallrahmen) gegen Erde ist ein 

hoher Ableitstrom (kapazitiver Wechselfehlerstrom) zu erwarten. 

» Ableitstrom ist nicht konstant; er ändert sich z. B. durch Betauung im Verlauf des Tages 

langsam, aber erheblich. 

» Aufgrund hoher Ableitströme kann somit auf der AC-Seite des trafolosen WR eine RCD 

des Typs B mit I∆n = 30 mA für den nach VDE V 0126-1-1 geforderten Personenschutz 

auf der DC-Seite nur bedingt eingesetzt werden. 

» Daher Integration einer RCMU in die selbsttätige Schaltstelle 


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» RCMU erfasst glatte Gleich- und Wechselfehlerströme und bewirkt im Fehlerfall eine 

Abschaltung mit Hilfe der Ausgangsrelais des WR. 

» RCMU reagiert auf Fehlerstromsprünge (ohmsch) ab 30 mA. Sich langsam ändernde 

Differenzströme, sowohl AC als auch DC (!), führen erst bei max. 300 mA zur 

Abschaltung. 

» Eine RCMU ist keine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD) und somit auch kein 

allstromsensitiver Fehlerstrom-Schutzschalter. Sie ersetzt auch keine auf der AC- 

Seite des WR vorzusehende RCD, wenn diese gemäß einschlägiger 

Errichtungsbestimmungen (z. B. VDE 0100-712) für den Fehlerschutz (oder auch 

Brandschutz) gefordert ist! 

» Ein WR mit integrierter selbsttätiger Schaltstelle inkl. RCMU bietet einen anerkannten 

Personenschutz bei Fehlern auf der DC-Seite gemäß VDE V 0126-1-1. 


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Fehlerstromschutz auf der AC-Seite 

VDE 0100-712: 

Anforderungen an den Fehlerschutz (Schutz bei indirektem Berühren) auf der AC-Seite 

einer PV-Anlage: 

» Wenn durch die Bauart des Wechselrichters eine einfache Trennung zwischen der 

Wechsel- und Gleichspannungsseite besteht (galvanische Trennung, z. B. durch 

Wechselrichter mit Trafo) und wenn der Fehlerschutz durch automatische Abschaltung 

mit Überstromschutzeinrichtungen (Leitungsschutzschaltern) aufgrund unzureichender 

Erdungsbedingungen (hohe Schleifenwiderstände, z. B. TT-System) nicht realisierbar 

ist, muss eine RCD eingesetzt werden (Typ A ausreichend). 


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VDE 0100-712: 

» Wenn durch die Bauart des Wechselrichters nicht mindestens eine einfache Trennung 

zwischen der Wechsel- und Gleichspannungsseite besteht (z. B. Wechselrichter ohne 

Trafo) und wenn der Fehlerschutz durch automatische Abschaltung mit 

Überstromschutzeinrichtungen (Leitungsschutzschaltern) aufgrund unzureichender 

Erdungsbedingungen (hohe Schleifenwiderstände, z. B. TT-System) nicht realisiert 

werden kann, dann muss eine RCD vom Typ B verwendet werden. 

» Aufgrund zu erwartender hoher Ableitströme ist der Einsatz von RCDs mit höheren 

Bemessungsfehlerströmen zu empfehlen (I∆n ≥ 30 mA). 


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VDE 0100-712: 

» Sind im Fehlerfalle in der elektrischen Anlage keine glatten Gleichfehlerströme zu 

erwarten, so kann die für den Fehlerschutz vorgesehene RCD auch vom Typ A sein. 

Anmerkung: 

Diese Anforderung lässt sich nach bisherigen Erkenntnissen vermutlich nur realisieren, 

wenn ein Wechselrichter mit Trafo verwendet wird (galvanische Trennung zwischen der 

DC-Seite und AC-Seite). 


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weitere normative Anforderungen 

» In landwirtschaftlichen Betriebsstätten ist gemäß VDE 0100-705 stets eine RCD für den 

Brandschutz (I∆n = 300 mA) vorzusehen (in Endstromkreisen mit Steckdosen: 

I∆n = 30 mA). 

» Gemäß den Errichtungsbestimmungen VDE 0100-530 sind ggf. Maßnahmen für den 

vorbeugenden Brandschutz in allen Bereichen einer elektrischen Anlage aufgrund einer 

Risikobewertung durch den Betreiber, die beaufsichtigende Behörde oder die 

Feuerversicherung vorzusehen. 

» Einige Netzbetreiber fordern die Verwendung einer RCD unabhängig vom vorhandenen 

System (TN, TT). 

» VDE 0100-482 beschreibt Anforderungen für den Brandschutz bei besonderen Risiken 

oder Gefahren. Siehe auch VdS 2033 (feuergefährdete Betriebsstätten). 


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Technischer Leitfaden VdS 3145 vom Juli 2011 

• Einsatz von RCDs wird aus Brandschutzgründen empfohlen 

• In Bereichen wie z.B. Landwirtschaft und bei bestimmten Netzsystemen 

(wie in TT-Systemen) können sie notwendig sein. 

• Wenn eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD) vorzusehen ist und keine 

Angaben des Herstellers vorliegen, ob in der elektrischen Anlage über den 

Wechselrichter im Fehlerfall glatte Gleichfehlerströme auftreten können, ist 

eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD) vom Typ B oder Typ B+ gefordert. 

• Eine Fehlerstrom-Überwachungseinrichtung (RCMU), die i.d.R. im 

Wechselrichter integriert ist, ersetzt keine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung. 

VdS_3145_PV-Anlagen.pdf 


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Praxisbeispiel: 

Fehler auf der DC-Seite 

Quelle: Markus Scholand, vereidigter Sachverständiger 

» Aufgrund eines Nagetierbisses am DC-Kabel des PV-Generators ergibt sich während 

der Einspeisung bei zunehmender Verschmutzung oder Feuchtigkeit ein langsam 

ansteigender Fehlerstrom gegen Erde. 

» Der sich ergebende Fehlerstrom ohne Nullpunktberührung besteht aus einer AC- und 

einer DC-Komponente (HF-Anteil vernachlässigt). 

» Durch den langsamen Anstieg des Fehlerstroms schaltet die integrierte RCMU den WR 

je nach Hersteller erst bei einem Wert zwischen 100 und 300 mA ab. 

» Eine auf der AC-Seite installierte RCD wird vom selben Fehlerstrom durchflutet. 

» Eine RCD vom Typ A würde vom vorhandenen Gleichanteil in ihrer Auslösung 

beeinträchtigt werden (Magnetisierung des Wandlerkerns). 


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PV-Generator 

Wechselrichter 

Überstrom- 

schutzeinrichtung 

trafoloser Wechselrichter, alle Transistoren getaktet 

PV+ 

RCD 

L 

PV- 

Steuerung 

N 

parasitäre Kapazitäten 

des PV-Generators 

R Erde 


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Darstellung von Fehlerstromkurven 

bei Fehlern auf der DC-Seite 

Beispiel: Fehler PV- gegen Erde; trafoloser Wechselrichter: je zwei Transistoren geschaltet und zwei Transistoren getaktet 

(Transistoren vereinfacht als Schalter dargestellt) 

1. Netzspannungshalbwelle: 

S1 geschlossen, S4 getaktet (PWM) 

S2 offen, S3 offen 

2. Netzspannungshalbwelle: 

S1 offen, S4 offen 

S2 geschlossen , S3 getaktet (PWM) 

U 

AC 

I 

Fehler 


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Bei Fehlern gegen Erde auf der DC-Seite hängen Gleich- und Wechselanteil des 

Fehlerstroms von der Bauart bzw. Topologie des Wechselrichters und der Höhe der 

Gleichspannung des PV-Generators ab. 

Die Kurvenform des Fehlerstroms kann daher sehr verschieden sein. Der DC-Anteil kann 

so groß werden, dass eine RCD vom Typ A in ihrer Funktion erheblich beeinträchtigt wird. 

Zusammensetzung des Fehlerstroms: 

» AC-Anteil (üblicherweise 50 Hz) 

» DC-Anteil 

» HF-Anteil (bedingt durch Schaltfrequenz des WR (typ. 16 – 22 kHz), 

Höhe abhängig von im WR integrierten HF-Filtermaßnahmen) 


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T1 

L 

T2 

N 



bei verschiedenen Wechselrichtertopologien 

T3 

T4 

alle Transistoren getaktet (PWM) 

T1, T3 geschaltet / T2, T4 getaktet (PWM) 

PV+ Erde 

PV- Erde 

PV+ Erde 

PV- Erde 

Typ B Typ B Typ B Typ B 

T3, T4 geschaltet / T1, T2 getaktet (PWM) 

WR mit geteiltem Zwischenkreis und 

Hochsetzsteller mit Dreipunktschaltung 

PV+ Erde 

PV- Erde 

PV+ Erde 

PV- Erde 

Typ B Typ A/B Typ B Typ B 

Diese Darstellung möglicher Fehlerströme ist beispielhaft und nicht vollständig (vereinfacht, ohne HF-Anteil). 


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Einsatz von RCDs in Photovoltaik(PV)-Anlagen 

» RCDs für den Fehlerschutz (AC-Seite) mit I∆n ≥ 30 mA gemäß VDE 0100-712, 

wenn ein Schutz durch automatische Abschaltung der Stromversorgung mit 

Überstromschutzeinrichtungen nicht realisierbar ist. 

» RCDs für den Personenschutz (DC-Seite) mit I∆n ≤ 30 mA gemäß VDE V 0126-1-1, 

wenn eine selbsttätige Schaltstelle mit RCMU nicht vorhanden ist. 


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Einsatz von RCDs in Photovoltaikanlagen 

Verbraucherabzweig 


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Auswahlhilfe für RCDs in Photovoltaik(PV)-Anlagen 

In Systemen, wo Schutz durch 

automatische Abschaltung mit 

Überstromschutzeinrichtungen 

nicht möglich ist: 

ohne 


RCD 1 RCD 2 

mit 


** 

ohne 


mit 


** 

WR Schutzklasse I 

ohne 

Schaltstelle/RCMU 

WR ohne Trafo - Typ B * Typ B * Typ B * 

WR mit Trafo - - Typ A Typ A 

WR Schutzklasse I 

mit 


WR ohne Trafo - - Typ B Typ B 

WR mit Trafo - - Typ A Typ A 

WR Schutzklasse II 

ohne 


WR Schutzklasse II 

mit 


WR ohne Trafo - - Typ B * Typ B * 

WR mit Trafo - - - Typ A 

WR ohne Trafo - - - Typ B 

WR mit Trafo - - - Typ A 

Unabhängig vom Versorgungssystem (TN, TT) des Niederspannungsnetzes: 

* Für den Personenschutz auf der DC-Seite gemäß VDE V 0126-1-1 muss die RCD einen Bemessungsfehlerstrom von 30 mA haben 

(mögliche hohe Ableitströme sind jedoch zu beachten). 

** Bei Verbraucherabzweig mit Steckdosen (Laienbereich, Außenbereich): I∆n = 30 mA oder zusätzliche RCD im Verbraucherzweig 

mit I∆n = 30 mA (siehe auch VDE 0100-410). 


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Kommentare zur Tabelle 

PV-Anlagen mit einseitig geerdetem PV-Generator sind in der vorstehenden Tabelle nicht berücksichtigt 

und können gegebenenfalls den Einsatz weiterer oder anderer Schutzmaßnahmen erfordern. 

Anmerkung zu RCDs vom Typ B: 

Bezüglich einer möglichen alternativen Verwendung von RCDs des Typs A 

siehe Abschnitt „Fehlerstromschutz auf der AC-Seite“. 

Weitere Anmerkungen: 

» WR Schutzklasse I ohne Trafo: Fehler vom WR müssen berücksichtigt werden. RCD1 direkt hinter 

WR erforderlich, wenn Verbraucherabzweig vorhanden. 

» WR ohne Schaltstelle: Einspeisung ggf. auch bei Wegfall der Netzspannung möglich 

(Inselnetzbildung). Zudem kein Personenschutz auf DC-Seite gegeben, RCD mit I∆n = 30 mA 

erforderlich. 

» WR mit Schaltstelle: Einspeisung bei Wegfall der Netzspannung nicht möglich. 

Schutzklassen: 

» Schutzklasse I: Alle elektrisch leitfähigen Gehäuseteile des Betriebsmittels sind mit dem 

Schutzleitersystem der festen Elektroinstallation verbunden, welches sich auf Erdpotenzial befindet. 

» Schutzklasse II: Betriebsmittel haben eine verstärkte oder doppelte Isolierung zwischen 

Netzstromkreis und Ausgangsstromkreisen beziehungsweise Metallgehäuse. Sie haben i. d. R. 

keinen Anschluss für einen Schutzleiter. 


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Informationsmaterial / Fragen 

Fragen beantworten wir Ihnen gerne jetzt oder später: 

» Telefon: 04931 1806-825 oder 

» mobil: 0176 12255886 oder 

» E-Mail: stefan.davids@doepke.de 

» Telefon: 04931 1806-611 oder 

» E-Mail: guenter.gruenebast@doepke.de 

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 


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