[*genni*]

Hallo liebe Röhrenfans und Hochspannungsexperten,

meine Frage ist zwar etwas off-topic, da der von mir anvisierte Anwendungsfall nichts mit Röhren zu tun hat, wohl aber mit Hochspannung bis 1000V. Es geht um ein simples Prüfgerät für Solarmodule bzw. ganze Modulstrings.

Kurz zum Hintergrund: Ich arbeite als Planer in einem Planungsbüro für Photovoltaikanlagen. Die Funktionstüchtigkeit der einzelnen Strings eines PV-Felds muss für den Energieversorger in einer Form nachgewiesen werden, aus der ersichtlich ist, daß tatsächlich Strom fließt und nicht nur Spannung anliegt. Bewährt hat sich hier die Methode, drei Gühbirnen in Reihe zu schalten und diese dann am String anzustecken. Somit können Strings bis reichlich 750V "gemessen" werden und der Energieversorger bekommt Fotos davon. Im Leerlauf können bei sehr kalter Außentemperatur und trotzdem hoher Umgebungshelligkeit jedoch bis zu 1000V im String generiert werden. Beim Abziehen der "Messbox" kommt es dann auch regelmäßig zur Lichtbogenbildung im Moment des Kontaktverlusts im Stecker.

Nun habe ich diese "Messbox" erweitert um ein digitales Einbauinstrument, mit dem ich die Leerlaufspannung messen möchte. Mit einem Schalter kann zwischen Lampen und Multimeter umgeschalten werden. Und hier sehe ich das Problem: Trenne ich die Lampen vom String und schalte um auf die Spannungsmessung, dann müsste im Inneren des Schalters auch jener Lichtbogen entstehen, den man beim Abziehen der Stecker beobachten kann. Der Schalter ist auch leider nur ein 250VAC-Typ mit 6A, im Bastelladen gab es nichts mit höherer Spannungsfestigkeit. Bis zu 800V lief er auch schon problemlos ohne daß ich umgeschaltet habe, nur befürchte ich, daß durch den Lichtbogen die Kontakte verbrennen beim umschalten. Die Lampen sind 25W-Typen, es fließen also etwa 100mA, wenn die Lampen hell leuchten.

Meine bisherigen Gedanken zur Problemlösung:
- Kontakte mit einem Kondensator überbrücken, der den Strom umleitet während sich die Schaltkontakte entfernen. Schaltet man dann aber wieder auf die Lampen um, entlädt sich der C auch über diese Kontakte, was auch zur Funkenbildung führt. Hier könnte man einen R in Reihe zum C schalten um die Funkenbildung zu vermeiden. Nur in welcher Größenordnung sollten C und R sein, daß weder Lichtbogen beim Ausschalten noch Funken beim Einschalten der Lampen auftreten?
- Da der Schalter sowieso außerhalb seiner Spannungsspezifikation betrieben wird, könnte man ihn eventuell durch einen MOSFET ersetzen, der dann mit dem 9V-Block, der als Spannungsversorgung für das Einbauinstrument nötig ist, durchgesteuert wird. Nur habe ich diesbezüglich keine Erfahrungswerte welchen Typ man dazu nehmen sollte und was schaltungstechnisch noch zu beachten ist.

Wie würdet ihr dieses Problem lösen?

Viele Grüße
Carsten

[Hostettler]

Hallo Carsten,

sei bloss vorsichtig mit deinem Vorhaben! Diese Spannung reicht um dich (dein Herz) aus dem Takt oder über den Jordan zu bringen!

Habe hier einen Link gefunden wo dieses Schalten mit Halbleiter vermutlich klappt.
http://www.mikrocontroller.net/topic/126722
http://www.mikrocontroller.net/topic/240457

Nochmals allergrösste Vorsicht, da beim Schalten Impulsspitzen entstehen. Denke daran: 1kV= ca. 1cm Funkenschlag!

Grüsse aus der schweiz

Hoschi

[Bierschinken]

Hallo,

es gibt afaik für solche Zwecke Schütze, die solche Spannungen schalten können und in der Schaltkammer Vorrichtungen zur Funkenlöschung beherbergen.
Soetwas wäre hier wohl von Nöten.

Ich würde da möglicherweise mal mit einem Hersteller vo Schaltern wie etwa Marquardt direkt sprechen

Grüße,
Swen

[Fandango]

Hallo Carsten,
da gibts einen Mosfet bei Farnell: http://de.farnell.com/stmicroelectronics/stp5nk100z/mosfet-n-to-220/dp/9512829?Ntt=STP5NK100
damit solltest Du das machen können. Der hat integrierte Schutzdioden, aber mehr als 1000V geht nicht mit dem.
Im Datenblatt findest Du auch Schaltbeispiele http://www.st.com/internet/com/TECHNICAL_RESOURCES/TECHNICAL_LITERATURE/DATASHEET/CD00043982.pdf

Zu beachten ist eigentlich nur das Übliche wenn man mit solchen Spannungen arbeitet, also gute Isolation und keine Feuchtigkeit, und in ein stabiles Plastikgehäuse einbauen auf entsprechendem Kühlkörper.
Aber wie Du das mit dem Einbauinstrument vorhast und ob Du dessen Batterie mitbenutzen kannst weiß ich nicht, am Besten wäre wohl eine separate.

Aber nimm bitte nicht den Schalter den Du da hast, damit kannst Du Dir recht schnell die Finger verbrennen...
Den kannst Du dann für den Mosfet nehmen, aber da reicht dann auch ein kleinerer.

Gruß,
Georg

[silverface]

Hallo Carsten,

nur so eine Idee: Wenn du schon einen regelbaren Halbleiter verwendest, wäre es auch möglich, die Schaltzeit deutlich zu verlängern. Also nicht in "unendlich kurzer Zeit" von 1 auf 0, sondern den FET langsam hochohmig werden lassen. Ein bis zwei Sekunken spielen bei deiner Anwendung keine Rolle. Der Vorteil wäre eine wesentlich kleinere Induktionsspannung. Die entstehende Verlustleistung während des Schaltvorgangs (eigentlich müsste es Verlustarbeit heißen) dürfte mit einem Kühlkörper zu beherrschen sein.

Gruß
Gernot

[*genni*]

Hallo,

vielen Dank für eure Antworten!

@Hoschi: Danke für den Warnhinweis. Ein Kollege hat vor 2 Wochen die Kabel einer Dachanlage etwas schusselig abisoliert, nachdem die Module frisch aufgelegt waren. Hat eine gewischt bekommen und ist erstmal krank geschrieben. An dem Tag war es zum Glück sehr bewölkt....

@Swen: Solche Schütze habe ich bei Google gefunden, sehen aus wie Sicherungsautomaten, oder? Ich glaube jedenfalls, daß die für meinen Zweck eher ungünstig sind, da ich ja ständig umschalten will und zwar im Ernstfall bei jedem String um erst Spannung zu Messen und dann Stromfluss nachzuweisen.

@Georg: Du scheinst also, wie Hoschi, auch die MOSFET-Variante zu empfehlen. Ich freunde mich auch langsam damit an, auf diese Weise schalten zu müssen. Ist zwar etwas aufwändiger aber ich könnte die Gatespannung ja aus der zu messenden Hochspannung generieren mit einer Z-Diode oder so....

@Gernot: Die Idee ist mir auch schon gekommen, auch wenn ich nicht viel Grund für hohe Induktionsspannungen sehe. Aber ich würde wahrscheinlich über die Ladekurve eines Kondensators eine Schaltzeitrampe von ein paar 100 ms vorsehen. Das fängt eventuell auch den hohen Einschaltstrom etwas ab, wenn die Glühbirnen noch kalt sind.

Mich würde nur noch interessieren, was ihr (oder andere hier im Forum) zu der Funkenlöschmethode per Kondensator und Widerstand sagt. Ich habe mich da auch schon grob drüber belesen und das scheint gängige Praxis zu sein für das Schalten induktiver Lasten. Nun sind die Module eher nicht als induktiv zu bezeichnen, aber sofern der Kontaktabstand bei geöffnetem Schalter groß genug ist, daß der Schalter nicht durchschlägt, wäre mir ja schon geholfen, den Lichtbogen beim Ausschalten zu unterbinden bis der Schalter komplett geöffnet ist. Dies könnte theoretisch durch einen sinnvoll dimensionierten C erreicht werden, der den Stromfluss langsam herunter fährt und somit dem Schalter Zeit gibt sich komplett zu öffnen. Ob dann der Kontaktabstand ausreicht oder nicht, werde ich wohl dann experimentell bestimmen müssen, nur dazu brauche ich mal gutes UND kaltes wetter.

Im übrigen habe ich vorsorglich solche Gummischutzkappen am Schalter angebracht, so daß der Schalter nicht nur wasserdicht ist sondern auch nochmals isoliert. Der Schalter selbst hat auch ein Plastikgehäuse und Plastikhebel. War mir sympatischer für diese Anwendung.... Streng genommen passiert auch nur etwas, wenn man an beide Kontakte fasst. Nur einer ist harmlos, da die Module zum Zeitpunkt der Messung nicht geerdet sind. Dies geschieht dann erst beim Anstecken an den Wechselrichter. Also alles nur halb so wild (: Danke dennoch für die Sicherheitshinweise!

Viele Grüße
Carsten

[Fandango]

Hallo Carsten,
Induktion hast Du da wohl nicht, das bischen verbraten die Birnen selbst.
Ich würde keine Experimente machen wegen der Schaltspannung für den Fet, eine 9V Batterie hält da solange bis sie aus Altersgründen ausläuft.
Funkenlöschmethode per Kondensator und Widerstand ist hier im Zeitalter solcher Mosfets eher antik, wenn schon Nostalgie dann ein schönes großes Relais mit einem Kamin über den Schaltkontakten, aber frag mich nicht wo es sowas heute noch gibt.

Aber so ganz ist mir nicht klar warum die Lampen? Dein Energieversorger ist mit Fotos zufrieden? Na dem würde ich aber einfacher eins besorgen...
Wie wärs mit einem Zangenamperemeter? Gibts schon für 9,95.
Und dass der Strom rückwärts fließt und das Dach heizt müssen die Dir erstmal beweisen 
Das mit den Birnen ist übrigens gar nicht so harmlos wie es vielleicht aussieht, die gehören, wenn schon, in geschützte Lampen mit Glas und einem Drahtkäfig drum. Also hast Du einen Koffer mit Dir rumzuschleppen.
Mit der Zange nach dem Wechselrichter gemessen und Du hast ein nachvollziehbares Ergebnis, da kannst Du auch den analogen Wetterbericht dazulegen, macht doch mehr her als drei Birnen.

Gruß,
Georg.

[*genni*]

Hallo Georg,

das mit den Lampen ist eigentlich mehr oder weniger eine Notlösung. Die Einspeisevergütung sank zum 01.01.2012 um 15%. Damit man sich die Einspeisevergütung für 2011 sichert muss streng genommen nur der Generator in der Lage sein, Energie zu liefern. Das sind bei PV die Module. Es würde also reichen, wenn lediglich die Module auf dem Gestellsystem montiert sind. Dann braucht man aber von jedem Modul den Nachweis des Stromflusses. Deswegen besser noch fix vorher die Strings zusammenstecken und dann Strom nachweisen. Natürlich könnte man auch nach dem Wechselrichter messen, jedoch werden die Anlagen meist so knapp vor der Angst erst aufgebaut, daß da weder Kabelgräben gezogen sind noch Wechselrichter installiert. In unserem Fall wurden die Arbeiten erst Ende November begonnen, da wir so lange auf die Anzahlung des Investors warten mussten. Deswegen wurde nur das Gestellsystem aufgebaut (Freifläche) und die Module aufgelegt sowie die zusammengehörigen Module im String verschalten. In diesem Stadium kommst du mit einem Zangenamperemeter nicht weiter, dann schon eher mit einem echten Amperemeter, mit dem man den Kurzschlussstrom nachweist. Aber das wäre nochmal richtig gefährlich, wenn man Module mit zusammen etwa 5...6 kW und einem Kurzschlussstrom von knapp 9A (bei Sonne) kurzschließt. Deswegen die Lampenmethode. Da fließen nur etwa 100mA mit dem positiven Nebeneffekt, daß man auch bei schlechten Lichtverhältnissen, die nunmal kurz vor Silvester auf der Tagesordnung sind, noch einen halbwegs stabilen Messeffekt hat. Jedoch selbst hier reichte oftmals der generierte Strom nicht aus, weil es zu dunkel war oder bereits Schnee auf den Modulen war. Dann bricht die Spannung stark zusammen und die Lampen glimmen maximal ganz traurig vor sich hin...

Unabhängig von der antiquierten Methode, sollte die Funkenlöschmethode funktionieren, oder? Das mit dem Mosfet werde ich aber bei Gelegenheit mal probieren.... Ich hoffe nur, daß die 9V reichen, diesen komplett durchzusteuern, da er sonst wohl zu heiss wird.

Viele Grüße
Carsten

[Stephan G.]

Hi, Folks!

Der Fred ist zwar nicht ganz aktuell, aber mir doch einen Beitrag wert:

Meiner Meinung nach ist das hier Murks! Das ist nicht nur unzulässig, sondern
auch sehr gefährlich.

Beim Errichten von elektrotechnischen Anlagen muss ein normgerechter Aufbau
gewährleistet werden. Dieser umfasst auch alle Prüfungen, durch die die Funktion
und die Sicherheit nachgewiesen werden.

Für die Inbetriebnahme von Photovoltaik-Anlagen braucht es zugelassene Messgeräte,
die zugleich eine gerichtsfeste Dokumentation ermöglichen. Ein Foto von leuchtenden
Glühlampen kann dies nicht leisten! Da fehlen dann doch ein paar Werte wie z. B. der
Kurzschlussstrom usw.!

Die üblichen Hersteller (z. B. GMC) bieten solche zugelassene Geräte an.

PLAY LOUD!!! 

Stephan G.

[*genni*]

Hallo Stephan,

danke für deinen Beitrag, auch wenn ich dir da leider widersprechen muss. Der beschriebene Test ist keinesfalls eine notwendige Messung zu Dokumentationszwecken oder gar Anlagenüberwachung. Er dient ausschließlich als primitive Methode der Darstellung einer an den Anschlussklemmen des Strings anliegenden Spannung UND daß ein Strom durch einen Verbraucher fließen kann. Der letzte Zusatz ist insofern wichtig, als daß man mit einem Multimeter ja auch sehr hochohmige Spannungsquellen und Potentialdifferenzen darstellen kann. Eine Lampe würden diese aber nicht zum leuchten bringen. Es war im Vorfeld auch mit dem Energieversorger abgesprochen, daß er dies als Nachweis akzeptiert, daß der Generator (jeder einzelne String bzw. streng genommen jedes Modul ist ein Generator) Energie zur Verfügung stellen kann und somit IRGENDWIE funktionstüchtig ist. Ob er richtig funktioniert, ist damit nicht bewiesen und das soll auch nicht geschehen. Wenn dann die Wechselrichter angeschlossen sind und die Anlage richtig in Betrieb genommen wird, ermöglicht das eingebaute Monitoring eine genaue und genormte Überwachung auf String-Ebene und hier werden dann detailiertere Fehler aufgedeckt, die aber, solange irgend eine elektrische Energie erzeugt wird, zum Zeitpunkt der EEG-Konformität noch nicht relevant sind. Zu gut deutsch: Dem Energieversorger ist an dem Punkt noch egal, wie gut die Anlage ihren Dienst tut. Es muss nur nachgewiesen werden, daß sie überhaupt in der Lage ist elektrische Energie zu generieren. Dies ist durch den simplen Glühlampentest gewährleistet.

Meine Frage zielte darauf, uns selbst die Arbeit etwas einfacher zu machen. Wenn man schon gerade ein Gerät zum Nachweis des Stromflusses angeschlossen hat, dann wäre es auch sinnvoll, gleich die Leerlaufspannung mit zu messen, also ohne Glühbirnen, nur hochohmig bei I=0A. Damit kann man dann nahezu wetterunabhängig feststellen, ob irgendwo die falsche Anzahl Module zu einem String verbunden wurden, weil schlicht die Spannung zu hoch oder niedrig ist. Das wäre nicht dokumentiert worden sondern hätte nur direkt vor Ort zu einer Fehlersuche und -bereinigung geführt, bevor man den Fehler erst bei der Inbetriebnahme mitbekommt und dann nochmal durchs Feld latschen muss. Dafür ist eine solche Bastellösung ausreichend. Dennoch sollte das Umschalten von Glühlampe (= Stromfluß) zu Spannungsmessung (= Hinweise auf korrekte Anzahl Module/String) erstens sicher und zweitens verschleißfrei vonstatten gehen, daher meine Frage....

Wir haben das Gerät im letzten Jahr übrigens noch nicht weiter benutzt. Bisher nur Lampentests...

Greetz
Carsten

[Adrenochrome]

Hi,

kurze Vorabinfo: Ich bin Energieanlagenelektroniker bei einem Verteilungsnetzbetreiber und kenne diese Problematik ein wenig. Daher mein Tipp:

NH 00 Lasttrenner mit Lichtbogenlöscheinrichtung, Lastwiderstand und Leistungs/Strommessung über einen Shunt. Und alle Prüf-/Anschlussleitungen die unabgesichert zwischen NH-Trenner und PV Modul liegen ordungsgemäß als NSGAFöU auslegen! Und beim Schalten mit dem NH-Trenner Helm und Gesichtsschutz nicht vergessen. Ebenso entsprechende Arbeitskleidung.

[*genni*]

Hi Adrenochrome,

jetzt habe ich direkt mal wieder Lust, Fear & Loathing in Las Vegas anzuschauen (:

Ich verstehe nicht ganz, was du mir damit sagen willst? Wie schon geschrieben ist eine Leistungsmessung an diesem Punkt nicht erforderlich und auch nicht beabsichtigt. Ich will nur erreichen, daß der Schalter nicht durch den Ausschalt-Lichtbogen auf Dauer zerstört wird, wenn ich die Lampen ausschalte um die LEERLAUFspannung zu messen. Und was da für Leistungen im Spiel sind, habe ich erst heute wieder auf Baustelle gesehen. Da haben ein paar Trottel versucht am hellerlichten Tag unsere Stringkabel zu kappen um das Kupfer zu klauen. Jedoch nur an einem Tisch. Ich nehme an, daß das durch diese Aktion verursachte kleine Feuerchen am Kabelbaum genug Eindruck gemacht hat, daß sie das Vorhaben sein ließen -.-

Zum Thema: Funken löschen bei Relais ist ein alter Hut. Dort tut es ein einfacher Kondensator. Nur bin ich mir halt nicht sicher, ob hier dieselbe Ausgangssituation vorliegt, denn immerhin möchte ich bei bestehender Spannung einen Stromkreis unterbrechen und nicht, wie beim Relais, die durch das Unterbrechen des Stromkreises induzierte Spannungsspitze abfangen. Das Aufladen eines Kondensators, der mit Vorwiderstand parallel zum Schalter liegt, sollte hier schon ausreichen, so meine Idee. Optional die Schaltung mit dem FET, siehe oben. Diese Fragestellung würde ich gern weiter erörtern, falls noch jemand eine Idee dazu hat?

Greetz
Carsten

[Adrenochrome]

Hi,

und auch wenn Du nur Glühlampen schalten möchtest: Bei diesen Spannungen sind eine saubere, lange Trennstelle, sowie eine Lichtbogenlöscheinrichtung Pflicht. Alles andere geht auf Kosten der Arbeitssicherheit.

Aber schau mal, was es hier schönes gibt:
http://www.moeller.net/de/products_solutions/solutions/erneuerbare_energien/photovoltaik/dc-lasttrennschalter.jsp

Kostet zwar ein paar Mark, aber an der eigenen Sicherheit sollte man definitiv nicht sparen.

[*genni*]

Hi Adrenochrome,

danke für den Tip! Sowas hatte ich mir schonmal von einer anderen Firma angeschaut, ist aber aufgrund der Bauform ausgefallen, denn so groß ist unsere Lampenbox nicht (: Wenn es keine sichere Alternative zu solchen Lasttrennschaltern gibt, dann wird es wohl beim reinen Lampentest bleiben müssen. Der Thread ist jetzt sowieso schon ein Jahr alt und mangels einer Lösung für das Schaltproblem hat sich das Bastelprojekt bisher im Sande verlaufen und es ging trotzdem, als in der 2. Hälfte 2012 drei Großprojekte EEG-konform fertig wurden....

Greetz
Carsten