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Wechselrichter: die 230 V-Seite

Zum Anschluss eines Wechselrichters im Wohnmobil gibt es mehrere Optionen. Diese Seite behandelt die Möglichkeiten auf der Netzspannungsseite. Wie man einen Wechselrichter mit den nötigen 12V versorgen kann, steht hier beschrieben.

Nutzung der Steckdosen

Wechselrichter (WR) haben normalerweise eine oder zwei Standard-Steckdosen. Im einfachsten Fall nutzt man diese direkt. Allerdings ist der Einbauort häufig schlecht zugänglich, da der WR nahe an der Batterie sitzen soll. Viele nutzen daher ein Verlängerungskabel, eine Mehrfachsteckdose oder separate Steckdosen, die man sich im Womo installiert. Wenn man den WR über eine Kabelfernbedienung steuert, kann man ihn dann auch völlig unzugänglich einbauen, etwa unter dem Sitz. Vorsicht: auf ausreichende Belüftung bzw. Wärmeabfuhr achten. Wenn keine Kabelfernbedienung vorgesehen ist, kann man diese recht einfach selber bauen, indem man den Schalter im WR durch einen Schalter überbrückt, den man über ein Kabel entsprechend verlängert. Eine Kontrollleuchte sollte sichtbar sein, damit man das Ausschalten nicht vergisst. Alternativ kann man eine kleine Lampe in eine freie Steckdose stecken.

Einbindung in das Womo-Verteilernetz

Möchte man dieselben Steckdosen nutzen, die man auch bei Landstromversorgung zur Verfügung hat, wird es ein wenig komplizierter. Erstens möchte man nicht alle Steckdosen versorgen, das Ladegerät macht keinen Sinn und der Kühlschrank soll auch häufig nicht über die Batterie laufen. Und zweitens gibt es für die verbleibenden Steckdosen zwei Versorgungskabel, vergleichbar einer Mehrfachsteckdose mit zwei Anschlüssen. Diese müssen immer getrennt bleiben, entweder durch einen Umschalter oder ein Relais, da sonst der jeweils andere Stecker (oder die Einspeisdose) Spannung führt und nicht berührungsgeschützt ist. Der mehrpolige Umschalter (Netzwahlschalter) muss dabei über eine Mittelstellung "Aus" verfügen, ein Relais muss zwangsgesteuert sein. Diese sogenannte Netzvorrangschaltung (NVS) gibt es im Handel. 

Manche Wechselrichter haben eine integrierte NVS. Diese sind für Womo-Anwendungen weniger geeignet, weil die Kombination drei Nachteile hat: erstens den generellen Nachteil aller Kombi-Geräte - wenn eins kaputt ist, müssen beide in Reparatur oder ausgetauscht werden. Zweitens muss der WR nahe an die Batterie, die NVS aber an eine bestimmte Stelle der Womo-Elektrik, die deutlich entfernt liegen kann. Mit eingebauter NVS wird die Verkabelung also länger und komplizierter. Und drittens ist nur bei einer separaten NVS die Verbindung zwischen den Geräten zugänglich. Diese führt nur bei eingeschaltetem WR Spannung und kann daher für exklusive WR-Steckdosen, Kontrollleuchten oder eine Isolationsüberwachung genutzt werden.

Hier ist eine einfache und sichere Installation mit Einspeisung und einem schutzgetrennten WR schematisch dargestellt. Der Schutzleiter verbindet alle Metallgehäuse und das Chassis, ist aber nur bei eingestecktem Landanschluss geerdet.

Elektrische Sicherheit

Grundsätzlich gelten die klassischen Schutzmassnahmen in der Elektrotechnik:

Dies ist primär ein Basisschutz, der verhindert, dass man spannungsführende Teile berührt. Daher sind Kabel isoliert und die Löcher in der Steckdose so klein, dass man nicht mit dem Finger hineinkommt. Der Fehlerschutz muss verhindern, dass eine gefährliche Berührungsspannung durch einen einfachen Fehler entstehen kann; doppelte Isolierung und der Schutzleiter fallen in diese Kategorie. Beides muss bei einer sicheren Installation beachtet werden.

Es gibt noch Zusatzschutz, der in speziellen Fällen sinnvoll sein kann, aber nie alleinige Schutzmassnahme sein darf. Isolationswächter, Fehlerstrom-Schutzschalter (FI, RCD) und Brandschutzschalter (AFDD) sind klassische Beispiele. 

Leider gibt es bei den üblichen Wechselrichtern zwei Ansätze, wie der Wechselstromausgang verschaltet ist. Durch Messen oder entsprechende Datenblätter sollte man herausfinden, wie der innere Aufbau ist:

Bei Geräten mit Schutztrennung sind beide 230 V-Aussenleiter von Schutzleiter und Gehäuse getrennt. Damit ist der Fehlerschutz gewährleistet, da das Berühren eines Aussenleiters keine Konsequenzen hat. Somit lassen sich alle üblichen Geräte an einem solchen WR sicher betreiben. Es gibt allerdings Normen, die beim Betrieb mehrerer Geräte eine Isolationsüberwachung vorschreiben, wenn nicht alle Geräte schutzisoliert sind. Der Hintergrund ist, dass ein versteckter Isolationsfehler zwar nicht gefährlich ist, aber bis zum nächsten Landstromanschluss auch nicht bemerkt wird. Ein weiterer Fehlerschutz ist in diesem Moment nicht mehr gewährleistet. Ein zweiter Isolationsfehler in einem zweiten Gerät könne somit zu einer gefährlichen Spannung zwischen den Geräteoberflächen führen. In der Praxis gibt es aber immer noch den Schutzleiter, der die Gerätegehäuse verbindet, und dies sorgt neben der absurden Unwahrscheinlichkeit von zwei Isolationsfehlern dafür, dass fast niemand eine Isolationsüberwachung installiert. Schaden tut der Zusatzschutz natürlich nicht.

Bei Geräten mit Nullung ist ein Aussenleiter mit dem Schutzleiter und dem Gerätegehäuse verbunden. Diese Geräte lassen sich im Wohnmobil weder wirklich sicher noch normgerecht verwenden und installieren, aus folgenden Gründen:

  • Bei Gehäusekontakt mit dem Chassis, z.B. beim Festschrauben an der Sitzkonsole, oder bei absichtlicher Verbindung der WR-Masse mit dem Fahrzeug liegen 230 V an der Karosserie an (gegen den anderen Aussenleiter). Dies verletzt bereits den Basisschutz und ebenso den Fehlerschutz, da ein einfacher Isolationsfehler am anderen Aussenleiter zu einer gefährlichen Berührungsspannung gegen das gesamte Fahrgestell führt. Eine Absicherung mit einem Fehlerstromschutzschalter (FI oder RCD) erhöht die Sicherheit, ist aber als alleinige Schutzmassnahme zum Fehlerschutz nicht zulässig. 
  • Durch den üblichen Anschluss des Batterie-Minuspols an die Karosserie stellt diese Schaltung auch eine unzulässige Verbindung mit den 12 V-Netzen von Fahrzeug und Aufbau her. Dies verbindet auch bei Geräten mit Anschluss an beide Netze (WR und Ladegeräte) Ausgang mit Eingang. Die Netze müssen getrennt bleiben, damit ein einfacher Fehler nicht zu gefährlichen Situationen führen kann (z.B. Netzspannung auf die Batterie).
  • Durch die Anbindung eines Wechselstrom-Aussenleiters an die Fahrzeugelektrik stellen sich Fragen zur elektromagnetischen Verträglichkeit, abhängig vom verbleibenden Hochfrequenzanteil des Wechselrichters.

Warum diese Wechselrichter so ausgeliefert werden, ist mir nicht ganz klar. Die Beschaltung der Steckdose entspricht der "klassischen Nullung", die seit den frühen 1970er Jahren verboten ist. Möglicherweise ist eine normgerechte Erdung vorgeschrieben, die aber im Wohnmobil technisch gar nicht möglich ist. Beim Landstromanschluss ist das Wohnmobil natürlich über den Schutzleiter geerdet, aber dann wird es mit dem Wegfahren schwierig, und man braucht auch keinen WR. Ich kann jedenfalls ausschliesslich Geräte mit Schutztrennung empfehlen. Bei den inzwischen verbreiteten Elektroautos ist das Hochvolt-Netz von der Karosserie durch Schutztrennung (mit Isolationsüberwachung) entkoppelt, dies sollte auch normativ so vorgegeben sein. Nicht nur wegen der fehlenden Erdung, sondern auch wegen der leitfähigen "Bausubstanz" und häufigen Erschütterungen gelten im Fahrzeug andere Regeln als im Haus.

Fehlerstrom-Schutzschalter (FI, RCD) im Wohnmobil

Ein Fehlerstromschutzschalter schaltet ab, wenn der Strom zwischen zwei Leitern abweicht. Das ist eine überaus sinnvolle Schutzmassnahme, denn dieses Abweichen bedeutet ja, dass irgendwo Strom durchfliesst, wo er nichts verloren hat. 

Hinter der Landstromeinspeisung ist neben den beiden LS für jede Leitung seit 2010 auch ein FI (RCD) vorgeschrieben. Der Hintergrund ist, dass die Schutzleiter-Erdung des Wohnmobils über ein langes Kabel und mehrere Steckverbindungen erfolgt, und daher begrenzt zuverlässig ist. Eine Pflicht zur Nachrüstung älterer Wohnmobile besteht nicht, ist aber eine sinnvolle Massnahme. 

Hinter einem Wechselrichter ist ein FI sinnlos, da er im schutzgetrennten Netz nicht funktioniert, und andere Netzformen im Fahrzeug weder normgerecht noch wirklich sicher sind. Die einzige Ausnahme ist die Möglichkeit, im IT-Netz jede einzelne Steckdose mit einem FI abzusichern, Das bringt auch im IT-Netz einen Zusatzschutz gegenüber dem erwähnten Doppelfehler, ist aber nicht normgerecht, da Abschaltstrom und -zeit nicht gewährleistet sind.

Normgerechte Ausführung

Normen sind hilfreiche Leitfäden für Hersteller, bei deren Beachtung man auch die gültigen sicherheitstechnischen Erfordernisse erfüllt hat. Die herstellerseitige Landstrom-Einspeisung in das Womo ist zum Beispiel abzusichern, weil ja das Wohnmobil aus beliebig leistungsfähigen Quellen versorgt werden kann. Dabei müssen beide Leiter abgesichert sein, seit 2010 ist auch ein RCD vorgeschrieben und in Womos ab Auslieferung erhalten. Steht alles in der DIN VDE 0100-721 VDE 0100-721:2019-10, das ist die Errichtungsnorm für den Landstromanschluss eines Caravans. Möchte man diese Norm auch für die zweite Einspeisung anwenden, die man mit einem Schuko-Stecker und einer NVS baut - auch hier könnte man ja schliesslich ein Landstromkabel anschliessen - müsste man auch hier hinter den Stecker LS und FI schalten. Dieser wird meistens weggelassen, da er bei WR-Einspeisung sinnlos ist - die Leistungsbegrenzung des WR genügt dem Schutz der Leitungen, und ein Fehlerstrom kann bei Schutztrennung nicht entstehen. Der Norm wird man ausserdem trotzdem nicht gerecht, weil eine Einspeisung über Schuko schon sehr lange nicht mehr erlaubt ist, und zwar nicht einmal für den Bestand.

Für eine Anlage, die auch während der Fahrt betrieben werden kann, wären die Fahrzeugnormen zu beachten: nach ISO 6469-3 und ECE-R 100 müssen Hochvoltanlagen mit einem gelben Dreieck und Blitz gekennzeichnet sein, alle Kabel und Geräte sind schön Orange, und ein unabhängiger Crashsensor zur Abschaltung bei einem Unfall ist auch vorzusehen. Gesehen habe ich das in der Form aber noch nie. Aufgrund der Vielzahl der Normen wird die Einspeisung sehr komplex, wie die beiden folgenden Praxisbeispiele zeigen - beide sind nach meinem Verständnis normgerecht:

Möglichkeit 1 - Einbau und Betrieb eines Wechselrichters mit Schutztrennung und einer Steckdose zum Versorgen eines Geräts, ein Verlängerungskabel sollte möglich sein. Ebenso eine Mehrfachsteckdose oder mehrere Steckdosen, aber nur, wenn alle verwendeten Geräte die Schutzklasse II erfüllen.

Möglichkeit 2 - Einbau und Betrieb eines Wechselrichters mit Schutztrennung und Einspeisung in das Womo

  • unter Verwendung einer Netzvorrangschaltung (oder sicheren Umschaltung)
  • mit direktem Anschluss an den Wechselrichter - alternativ könnte eine CEE-Verbindung normgerecht sein, eine Schuko-Steckdose ist es nicht
  • mit Isolationsüberwachung (IMD) nach DIN EN 61557-8 (VDE 0413-8)
  • Errichtung bzw. Abnahme der Anlage durch eine zertifizierte Elektrofachkraft
  • Abschaltung bei eingeschalteter Zündung, oder sonstige Zwangsabschaltung bei Fahrbetrieb, oder
    • Verwendung oranger Kabel für alles nach dem WR und nach der NVS, orange Gehäuse (z.B. für die NVS selbst) sowie Kennzeichnung der Hochvoltanlage und
    • Unabhängige Abschaltung bei Unfall.

Umgesetzt wird das in der Form aber praktisch nie. Unter Sicherheitsaspekten wirklich wichtig ist nur der erste Punkt zur sauberen Trennung der Zuleitungen. Die Menge an Normen sorgt auch für Begriffsverwirrung: was ich mit 230 V bezeichne, heisst im Haus Niederspannung und im Auto Hochvolt. Ein Womo ist aber ein Auto und kein Haus, vor allem unter elektrischen Gesichtspunkten (Vibration, fehlende Erdung, vorhandene sicherheitsrelevante Fahrzeugelektrik).

Weiterführende Information

Wikipedia-Eintrag zu Schutzmassnahmen in der Elektrotechnik: Link

Fachbeitrag zur Sicherheit mobiler Stromerzeuger: Link

Artikel zur neuen Norm für Caravans: Link (pdf)

Umfangreiche Anleitung von Victron: Link (pdf)

Titelbild: Braubach (Rhein)