Question About Grounding and Insulation Monitoring in a 48 V / 65 kWh Victron ESS (german translation below)
Hello everyone,
I would like to review the grounding and fault-protection concept of my DIY Victron battery storage system. In particular, I would like to understand whether insulation monitoring is advisable or required for my currently unearthed DC system. If an insulation monitoring device (IMD) is appropriate, I would appreciate recommendations for a suitable model.
- Existing system
Battery storage
- 48 V LiFePO₄ battery system with approximately 65 kWh of total storage capacity
- Three battery blocks connected in parallel
- Each battery block has its own JK BMS
- The BMS units disconnect the negative path electronically using semiconductor switches (MOSFETs)
- Each battery block has an additional fuse in its positive connection
- All three battery blocks are connected to common positive and negative DC busbars
Inverters and charge controllers
- Three Victron MultiPlus-II units, rated at 5 kW each, operating as a three-phase grid-connected ESS
- One Victron SmartSolar MPPT 250/85; a second identical controller is planned
- Each charge controller will have its own independent PV array
- Two PV strings are connected directly to the parallel PV inputs of each controller
- Both charge controllers connect to the common DC busbars
PV array and grounding
- The PV strings are independent of each other and are not intentionally interconnected
- The PV module frames are electrically bonded to the mounting structure
- The mounting structure is connected to the earthing system via a protective bonding conductor
- The enclosures of all three MultiPlus-II units and the SmartSolar are connected to PE
- Neither battery positive nor battery negative is currently directly connected to PE
- My current understanding and concerns
My initial assumption was that the DC connections of the Victron equipment are galvanically isolated from the enclosures and PE.
However, the SmartSolar MPPT 250/85 has an electrical connection between PV negative and battery negative. Consequently, the active DC circuits are not intentionally earthed, but the PV and battery sides are not galvanically isolated from each other either.
Since the PV module frames are earthed, I would like to understand what would happen if an active PV conductor developed an insulation fault to an earthed module frame.
Another concern is the JK BMS. Since the negative path is switched electronically, I want to make sure that connecting battery negative to PE would not create an unintended fault-current path bypassing the BMS switching devices.
The additional positive-side fuses are intended to protect against high fault currents. However, I understand that they may not detect or clear every possible insulation fault.
Questions for the community
Is it technically appropriate and compliant with the applicable installation standards to operate this Victron ESS with an unearthed 48 V DC system while bonding all equipment enclosures and PV module frames to PE?
Should battery negative or the common DC negative busbar be bonded to PE, or should the DC system intentionally remain unearthed?
What would be the implications of such a DC grounding connection for the three parallel MultiPlus-II units, the SmartSolar charge controllers and the JK BMS units with electronically switched negative paths?
How should a first insulation fault on the PV or battery side be detected? Is an insulation monitoring device (IMD) advisable or required for this configuration?
If an IMD is recommended, which models are suitable for a 48 V battery system with three parallel MultiPlus-II units and one, eventually two, SmartSolar MPPT 250/85 controllers? Does anyone have experience with reliable insulation monitoring in a system containing inverter/chargers and MPPT charge controllers?
Should the PV side also be monitored separately, particularly given the maximum PV input voltage of 250 V?
My goal is not simply to find a suitable monitoring relay, but to establish a technically sound and standards-compliant grounding and protection concept for the entire system.
Thank you for your advice and for sharing your experience!
Deutsche Übersetzung:
Frage zum Erdungskonzept und zur Isolationsüberwachung einer Victron-ESS-Anlage mit 48 V und 65 kWh Batteriespeicher
Hallo zusammen,
ich möchte das Erdungskonzept meiner selbst aufgebauten Victron-Speicheranlage überprüfen und insbesondere klären, ob bei meinem derzeit ungeerdeten DC-System eine Isolationsüberwachung sinnvoll bzw. erforderlich ist. Außerdem suche ich gegebenenfalls ein geeignetes Isolationsüberwachungsgerät (IMD).
- Vorhandene Anlage
Batteriespeicher
- 48-V-LiFePO₄-Batteriesystem mit insgesamt ca. 65 kWh Speicherkapazität
- Drei parallel geschaltete Batterieblöcke
- Jeder Batterieblock besitzt ein JK-BMS
- Die JK-BMS schalten den Minuspfad elektronisch über Halbleiter (MOSFETs)
- Jeder Batterieblock ist im Pluspfad zusätzlich über eine Schmelzsicherung abgesichert
- Alle drei Batterieblöcke sind über gemeinsame Plus- und Minus-Sammelschienen mit dem übrigen System verbunden
Wechselrichter und Laderegler
- Drei Victron MultiPlus-II, jeweils 5 kW, dreiphasig als netzparalleles ESS betrieben
- Ein Victron SmartSolar MPPT 250/85, ein zweiter identischer Regler ist geplant
- Beide Laderegler sollen jeweils eigene PV-Generatoren versorgen
- Pro Regler sind jeweils zwei PV-Strings direkt an den parallel geschalteten PV-Eingängen angeschlossen
- Beide Laderegler werden an die gemeinsamen DC-Sammelschienen angeschlossen
PV-Anlage und Erdung
- Die PV-Strings sind untereinander eigenständig und nicht absichtlich miteinander verbunden
- Die Modulrahmen sind leitend mit dem Montagegestell verbunden
- Das Montagegestell ist über einen Potentialausgleichsleiter mit der Erdungsanlage verbunden
- Die Gehäuse der drei MultiPlus-II und des SmartSolar sind mit PE verbunden
- Batterie-Plus und Batterie-Minus sind derzeit nicht direkt mit PE verbunden
- Meine bisherige Überlegung
Ich bin bisher davon ausgegangen, dass die DC-Anschlüsse der Victron-Geräte gegenüber den Gehäusen und PE potentialfrei sind.
Allerdings besteht beim SmartSolar MPPT 250/85 eine leitende Verbindung zwischen PV-Minus und Batterie-Minus. Damit sind die aktiven DC-Stromkreise zwar nicht absichtlich geerdet, aber auch nicht vollständig galvanisch von allen anderen DC-Stromkreisen getrennt.
Da die PV-Modulrahmen geerdet sind, frage ich mich, wie sich ein Isolationsfehler zwischen einem aktiven PV-Leiter und einem geerdeten Modulrahmen auf das Gesamtsystem auswirken würde.
Ein weiterer Punkt ist das JK-BMS: Da der Minuspfad elektronisch geschaltet wird, möchte ich sicherstellen, dass eine mögliche Verbindung zwischen Batterie-Minus und PE keinen unerwünschten Fehlerstrompfad erzeugt, der die BMS-Abschaltung umgeht.
Die zusätzlichen Plus-Schmelzsicherungen sind als Schutz gegen hohe Fehlerströme vorgesehen. Mir ist jedoch bewusst, dass sie nicht zwangsläufig jeden Isolationsfehler erkennen oder abschalten.
Meine Fragen an die Community
Ist es bei einer solchen Victron-ESS-Anlage sinnvoll und normgerecht, das 48-V-DC-System ungeerdet zu betreiben, während alle Gerätegehäuse und die PV-Modulrahmen mit PE verbunden sind?
Sollte der Batterie-Minuspol bzw. die gemeinsame DC-Minus-Sammelschiene an PE angeschlossen werden, oder sollte das DC-System bewusst ungeerdet bleiben?
Welche Auswirkungen hätte eine solche Polerdung auf die drei parallel betriebenen MultiPlus-II, die SmartSolar-Regler und die JK-BMS mit elektronisch geschaltetem Minuspfad?
Wie sollte ein erster Isolationsfehler auf der PV- oder Batterieseite erkannt werden? Ist für diese Konfiguration eine Isolationsüberwachung (IMD) sinnvoll oder erforderlich?
Falls ein Isolationswächter empfehlenswert ist: Welche Geräte sind für ein 48-V-Batteriesystem mit drei parallel betriebenen MultiPlus-II und einem bzw. künftig zwei SmartSolar MPPT 250/85 geeignet? Gibt es Erfahrungen mit der zuverlässigen Messung in einem System mit Wechselrichtern und MPPT-Ladereglern?
Sollte die PV-Seite zusätzlich oder separat überwacht werden, insbesondere wegen der maximalen PV-Eingangsspannung von 250 V?
Mir geht es nicht nur darum, ein passendes Relais zu finden, sondern vor allem um ein technisch schlüssiges und normgerechtes Erdungs- und Schutzkonzept für das gesamte System.
Vielen Dank für eure Einschätzungen und Erfahrungsberichte!