Ein boomender Markt: Sichere Stromversorgung für Elektrofahrzeuge!
In der deutschen Energiewende spielt Elektromobilität eine entscheidende Rolle. Dieser riesige Markt wird vor allem mit dem KFZ-Sektor in Verbindung gebracht. Die notwendige Ladeinfrastruktur plant und installiert jedoch das Elektrohandwerk – ein großes Potenzial mit einer aktuell geringen Marktdurchdringung. Voraussetzungen für eine sichere Installation von Ladestationen regelt die Norm DIN VDE 0100-722.
Jedes Elektrofahrzeug, auch Electric Vehicle oder kurz EV genannt, benötigt Strom. Der Ausbau der Ladeinfrastruktur im öffentlichen, halböffentlichen und privaten Bereich läuft auf Hochtouren. Technisch ist die Ladeeinheit für Elektrofahrzeuge Teil einer Niederspannungsanlage. Sie weist dennoch spezifische Besonderheiten im Vergleich zur klassischen Gebäudeinstallation auf. Was bei der Installation von Ladeeinheiten berücksichtigt werden muss, regelt die Norm DIN VDE 0100-722. Im Hinblick auf Sicherheitsaspekte wurde die Norm im Jahr 2016 neu überarbeitet. Ende Februar 2019 endet die Übergangsfrist und die Forderungen der Norm sind spätestens ab dann bei der Installation umzusetzen.
Besondere Herausforderungen beim Laden von Elektrofahrzeugen
Laut DIN VDE 0100-722 müssen Elektrofahrzeuge immer über geeignete Ladeeinrichtungen aufgeladen werden. Welche Eigenschaften die Ladeeinrichtung erfüllen muss, richtet sich maßgeblich nach der gewünschten Stärke des Ladestroms, den das Fahrzeug vorgibt.
Über eine Standard-Schutzkontaktsteckdose lässt sich aus Sicherheitsgründen nur eine Notladung von Elektroautos über das dem Fahrzeug beigelegte Kabel realisieren. Hierbei wird die Stromstärke auf 13 A reduziert, damit die bestehende Installation nicht überlastet wird. Aus diesem Grund eignen sich Schutzkontaktsteckdosen nicht für das dauerhafte Laden von Elektroautos.
Der Strom für Elektroautos muss nach DIN VDE 0100-722 aufgrund der hohen Belastung für das lokale Leitungsnetz idealerweise 3-phasig und über eine separate Zuleitung von der Hauptverteilung oder vom Zählerschrank mit einer Strombelastbarkeit von bis zu 32 A erfolgen. Die Zuleitung für die Ladestation darf zum Beispiel nicht durch eine Verteilerdose unterbrochen sein. Darüber hinaus beträgt der Gleichzeitigkeitsfaktor des Stromkreises bei dem Ladevorgang eines Elektrofahrzeuges eins, die Beanspruchung des Stromkreises liegt also bei 100 %. Der Gleichzeitigkeitsfaktor berücksichtigt im Vergleich zum Leistungsbedarf, dass Elektrogeräte im Normalfall nicht gleichzeitig mit voller Leistung über längere Zeit eingeschaltet sind. Zum Vergleich: Der Gleichzeitigkeitsfaktor eines Einfamilienhauses liegt bei rund 0,4. Elektroautos sollten daher immer über fest installierte Ladestationen wie zum Beispiel Wallboxen geladen werden.
Ladestationen bieten im Vergleich zu Haushaltssteckdosen deutlich kürzere Ladezeiten, einen größeren Komfort und maximale Sicherheit. Es gibt verschiedene Ausführungen von Wallboxen. Sie differieren zwischen Anschlussleistungen von 3,7 kW bis 22 kW und können mit 230 V oder 400 V versorgt werden.
Der Einsatz einer Ladestation mit einer Ladeleistung von 22 kW ist hierbei eine Investition in die Zukunft. Die Leistungsfähigkeit der Ladeeinrichtungen in den Fahrzeugen unterliegt einem permanenten Wandel und der Strombedarf der EVs wird weiter steigen. Wallboxen variieren auch in der Schutzausstattung. Manche verfügen nicht über integrierte Schutzgeräte. Die Schutzmaßnahmen müssen also in der Elektroinstallation realisiert werden. In andere Wallboxen sind bereits alle erforderlichen Schutzorgane fest verbaut. Dies sollten Elektroinstallateure vor der Errichtung einer Ladestation beachten.
Absicherung der Ladestation
Die Norm DIN VDE 0100-722 sieht vor, dass für jeden Anschluss von Elektrofahrzeugen ein eigener Stromkreis bereitgestellt werden muss. Darüber hinaus gilt es, jeden Anschlusspunkt durch eine eigene Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD) mit einem Bemessungsdifferenzstrom nicht größer als 30 mA zu schützen. Falls die EV-Ladestation mit einer Steckdose oder Fahrzeugkupplung nach der Normenreihe DIN EN 62196 (VDE 0623) ausgestattet ist, müssen Schutzvorkehrungen gegen Gleichfehlerströme vorgesehen werden, es sei denn diese sind in die EV-Ladestation integriert. Folgende Einrichtungen sind für jeden Anschlusspunkt geeignet:
- Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD) Typ B oder
- Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD) Typ A in Verbindung mit einer geeigneten Einrichtung zur Abschaltung der Versorgung im Fall von Gleichfehlerströmen > 6 mA
Jeder Stromkreis, der einen Anschlusspunkt versorgt, muss durch eine eigene Schutzeinrichtung bei Überstrom geschützt sein. Der Schutz gegen Überlast und Kurzschluss ist durch einen laienbedienbaren Leitungsschutzschalter zu realisieren und nicht durch NH- oder Schraubsicherungen.
Da Ladestationen meist nicht unmittelbar an der Hauptverteilung montiert werden, müssen sowohl der Leitungsquerschnitt als auch der vorbeugende Brandschutz berücksichtigt werden. Zum vorbeugenden Brandschutz müssen selektive Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCD) mit einem Bemessungsdifferenzstrom nicht größer als 300 mA am Anfang des zu schützenden Stromkreises errichtet werden. Verfügt eine Wallbox bereits über integrierte Schutzorgane, muss der Brandschutz je nach Wallboxtyp durch einen selektiven Fehlerstromschutzschalter vom Typ A oder Typ B realisiert werden.
Fehlerstrom-Schutzschalter Typ B
Der Fehlerstrom-Schutzschalter Typ B deckt alle in der Norm DIN VDE 0100-722 aufgeführten Sicherheitsanforderungen für die Stromversorgung von Elektrofahrzeugen ab. Als erster Hersteller führte Siemens bereits 1994 eine solche allstromsensitive Schutzkomponente ein. Allstromsensitive Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen verfügen über einen zusätzlichen Wandler, der mit einem Steuersignal beaufschlagt wird. Dadurch können sie neben Wechselfehlerströmen und pulsierenden Gleichfehlerströmen auch glatte Gleichfehlerströme erfassen.
Fehlerstrom-Schutzschalter Typ B von Siemens sind standardmäßig mit der SIGRES-Funktion ausgestattet. Diese Funktion bietet den großen Vorteil, dass an dem Schutzschalter bei Einsatz in normalen Umgebungsbedingungen nur alle vier Jahre die Prüftaste betätigt werden muss. Über diesen langen Prüfzyklus hinaus bietet die SIGRES-Funktion eine integrierte Heizeinrichtung, die sie gegen widrige Witterungseinflüsse wie beispielsweise gegen Betauung schützt. Siemens-Fehlerstrom-Schutzschalter vom Typ B sind damit sehr gut für den Betrieb in Elektroladesäulen oder Wallboxen geeignet.
Zubehör, das Zeit und Geld spart
Siemens bietet neben den nach DIN VDE 0100-722 geforderten Schutzgeräten auch weiteres sinnvolles Zubehör für die Stromversorgungsanlagen für Elektrofahrzeuge an. Kommt es beispielsweise zu einer Auslösung des Fehlerstrom-Schutzschalters, ist mit einer Wahrscheinlichkeit von 40 Prozent das Problem bei reiner Wiedereinschaltung gelöst. Um die Anzahl der Serviceeinsätze zu reduzieren, hat Siemens deshalb den Fernantrieb 5ST3 entwickelt. Die Funktion „automatisches Wiedereinschalten“ meldet einen Fehler erst, nachdem der Fernantrieb dreimal erfolglos versucht hat, die Anlage wieder in Betrieb zu nehmen. Der Fernantrieb erlaubt dem Anwender einen direkten und unmittelbaren Zugriff auf die Anlage, auch an entlegenen oder schwer zugänglichen Orten. Vor allem im halböffentlichen Bereich, aber auch bei privaten Nutzern, kann der Fernantrieb 5ST3 die Verfügbarkeit von Ladesäulen erhöhen und Kosten sparen, indem er Ladestationen schnell und automatisch wieder einschaltet. Somit wird die Zahl der Serviceeinsätze deutlich reduziert.
Fazit
Nimmt die Anzahl an Elektroautos weiter rapide zu, steigt damit auch der Bedarf an Ladeinfrastruktur. Mit dem nötigen Fach- und Beratungswissen ausgestattet, können Elektroinstallateure ihren Kunden individuelle Lösungen anbieten und diese auch installieren. Bei der Installation von Ladeeinheiten muss neben einem schnellen und komfortablen Ladevorgang immer auch der Sicherheitsaspekt im Fokus stehen. Hier sind die Regeln der Norm DIN VDE 0100-722 zu beachten und entsprechende Schutzgeräte wie Fehlerstrom-Schutzschalter Typ B in die Elektroinstallation zu integrieren.