Normgerechte Errichtung von Ladeinfrastruktur

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Ladepunkte für Elektrofahrzeuge müssen normgerecht errichtet werden. Die nachfolgenden Ausführungen richten sich nach den in Deutschland gültigen und sehr strengen DIN VDE Normen.

Die Errichtung eines Ladepunktes sollte unbedingt von einem Elektriker durchgeführt werden. Sollte dieser noch keine Erfahrung mit der Installation von Ladepunkten haben, kann man ihm folgendes Informationsmaterial des Zentralverbandes ZVEH empfehlen:
Normgerechte Errichtung von Ladeinfrastruktur

Fehlerstromschutzorgane FI = RCD

Für den üblichen Netzanschluss (TN-Netz) übernimmt für jeden Stromkreis ein Leitungsschutzschalter LS nicht nur den Schutz der Leitung vor Überlast und Kurzschluss, sondern auch den Schutz vor Isolationsfehlern. (laut VDE 0100-410:2007-06 Die Sicherheitsgrundnorm hinsichtlich des Schutzes gegen elektrischen Schlag für die Erarbeitung von Errichtungsnormen)
Zur Absicherung von Ladeeinrichtungen elektrisch betriebener Fahrzeuge ist als zusätzlicher Schutz (Brandschutz und einpoliges Berühren) für jeden Anschlusspunkt eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung mindestens TypA mit einem Auslösestrom von 30mA vorzusehen. Wenn die Charakteristik der Last in Bezug auf mögliche Gleichfehlerströme IF ≥ 6 mA nicht bekannt ist, müssen Maßnahmen zum Schutz beim Auftreten von Gleichfehlerströmen getroffen werden. (laut VDE 0100-722:2012-10 Errichtungsnorm zur Stromversorgung von Elektrofahrzeugen, Abschnitt 722.531.2)
Kommentar:
Ein FI TypA schützt auch vor pulsierenden Gleichströmen. Glatte Gleichfehlerströme sind bei einphasigem Laden nicht möglich. Bei dreiphasigem Laden und galvanischer Trennung sind glatte Gleichfehlerströme ebenfalls nicht möglich. Laut der EN 61851-1 (= VDE 0122-1:2012-01 Unterpunkt 7.4) reicht ein 30mA FI Typ A um 30-50€!

Die Renault ZOE ist das einzige Elektroauto, welches die Maschinenwicklung als Teil des Laders benutzt und keine galvanische Trennung besitzt. Für Ladepunkte Mode3 (= stationär bzw. fest verdrahtet = "Wallbox") ist daher beim dreiphasigen Laden ein allstromsensitiver FI TypB mit 30mA Auslösestrom (ebay 200€) vorzusehen, dem laut VDE kein FI TypA vorgeschaltet werden darf. Anschlussplan nach VDE
Falls der FI in der Wallbox untergebracht werden soll und ein weiterer FI TypA vorgeschaltet ist, ist eine Wallbox mit integriertem FI mit 6mA Gleichstrom-Auslösestrom zu verwenden (z.B. KEBA P30) oder der Doepke FI TypA-EV [1] in die Wallbox einzubauen.
Kommentare:
1.) Glatte Gleichfehlerströme können den Auslösestrom eines FI TypA erhöhen. Laut VDE-Norm werden FI TypA nur auf glatte Gleichfehlerströme mit 6mA geprüft. Laut VDE ist daher gegebenenfalls ein Schutz vor Gleichfehlerströmen >6mA vorzusehen. Laut Messserie wird ein 30mA FI TypA erst durch glatte Gleichfehlerströme >30mA in seiner Funktion beeinträchtigt.
2.) Wird die Ladelösung (z.B. dreiphasige Wallbox) an einem eigenen Stromkreis (d.h. das E-Auto ist der einzige Verbraucher) angeschlossen und nur mit einem LS und einem FI Typ A abgesichert, so kann während eines Gleichstromfehlers zwar der Auslösestrom des FI TypA erhöht sein, man verliert dann aber nur in diesem Stromkreis den zusätzlichen Schutz des FI TypA.

Für Ladepunkte Mode2 (= mobil bzw. mit netzseitigem Stecker; IC-CPD = "Ladeziegel" oder mobile Ladebox) bestimmt die IEC 62752 die einzubauenden Schutzvorrichtungen. Der Ladevorgang startet erst nach Überprüfung des Netzanschlusses. Träten während des Ladens Wechselstrom-Fehlerströme ≥ 30mA auf, wird die Ladung unterbrochen. Die aktuelle IEC (Ab April 2017 als DIN IEC 62752 in Deutschland gültig) sieht zusätzlich den Ladeabbruch bei Gleichfehlerströmen ≥ 6mA vor.
Einige Hersteller (crOhm, NRGkick, JuiceBooster2, go-e) haben bereits einen entsprechenden Gleichstromfehlerschutz eingebaut bzw. angekündigt.
Damit "mobile Wallboxen" (z.B. Bettermanns Ladeboxen) die aktuelle IEC erfüllen, sollte der Doepke FI TypA-EV eingebaut werden.
Kommentare:
Kein anderes über eine Steckdose angeschlossenes Elektrogerät muss einen FI eingebaut haben, geschweige denn eine Netzüberprüfung!
Die Ladelösungen verzichten zumeist auf einige zusätzliche Schutzmaßnahmen, um die Zuverlässigkeit zu erhöhen. (Macht das Laden im alten TT-Netz oft erst möglich. Keine Ladeunterbrechungen bei Ableitströmen.)
Egal ob mit oder ohne zusätzlichen Schutzmaßnahmen, sollte das Laden an einer Steckdose mit optischen Mängeln (verschmorter Kontakt, gebrochenes Gehäuse) nach Möglichkeit vermieden werden. Bei einer alten Steckdosen (welche nicht mit einem 30mA FI TypA abgesichert sein muss) und einer abgebrochenen Dosenisolierung kann beim Steckvorgang das Berühren eines spannungsführenden Leiters zu einem lebensgefährlichen Stromschlag führen.

Da im Forum oft der Wunsch geäußert wird, eine bebilderte Erklärung für Nichtelektriker zu machen, möchte ich dazu auf folgenden Link verweisen: FI Schutzschalter im Elektrofahrzeug?

Dauerbelastbarkeit von Schukosteckverbindungen

Schukosteckdosen und -stecker tragen üblicherweise die Aufschrift 16A (Stromstärke 16 Ampere). Tragen sie das ÖVE- oder DVE-Prüfsymbol, sind sie auf 16A Dauerstrom geprüft (Prüfungsdauer = 1 Stunde, weil nach spätestens ½ Stunde die Endtemperatur erreicht ist). Hierbei wird jedoch mit 2,5 mm² Anschlussleitungen geprüft und die Verbindung darf sich um 45°C (Raumtemperatur + 45°C !) erwärmen! Siehe Prüfnorm.

Googelt man "verschmorter Schuko", so findet man viele Bilder von verschmorten Schukodosen und -steckern, welche teilweise schon bei Dauerströmen kleiner 5A verschmorten!
Die Ursachen sind vielfältig:

  • Schlechte Kontaktierung bei den Anschlussklemmen
  • Versagen der Zugentlastung
  • Ladeziegel ohne Aufhängung (Gewicht des Ladeziegels belastet Dosenkontakte unzulässig)
  • Im Laufe der Jahre verschmutzen bzw. korrodieren die Steckdosenkontakte. Dadurch steigt der Übergangswiderstand und der Kontakt erwärmt sich bei Stromfluss unzulässig. Die Halteklammern verlieren dadurch ihre Klemmkraft, wodurch der Übergangswiderstand weiter steigt.


Laut Wiki erlauben Ladekabel von Markenherstellern mit Schukostecker max. 10A. Original-Ladekabel mit max. 12A (BMW i3, Smart fortwo ed) neigen laut Forenberichten nach mehrjährigem Gebrauch zum Verschmoren. Ladekabel von Mennekes und Siemens mit max. 13A haben eine Temperaturüberwachung im Stecker. Beim Ladekabel der Renault ZOE und bei den neueren Ladekabeln des "Drillings" (Mitsubishi i-MiEV / Peugeot iOn / Citroen C-Zero) muss eine spezielle Schukosteckdose verwendet werden, damit 14A (ZOE) bzw. 12A (Drilling) freigeschaltet werden (im Stecker befindet sich ein Reed-Kontakt welcher durch einen Magneten in der Dose betätigt wird).

Laut Wikipedia sind für Dauerströme bis 16 A die blauen, umgangssprachlich „Camping- oder Caravanverbinder“ genannten Steckverbinder besser geeignet. Dort sind nicht nur die Kontakte deutlich größer ausgeführt, die Steckverbinder sind auch für Außeneinsatz spezifiziert. Der Kontaktdruck und damit verbunden die Steckkräfte können durch die mechanische Ausführung größer gewählt werden.

Dimensionierung von Leitungsquerschnitten

Formel zur Berechnung des benötigten Leiterquerschnittes in Abhängigkeit von der installierten Kabellänge und dem gewünschten maximalen Spannungsabfall am Kabel: Kabelquerschnittsberechnung.png
Beispielrechnung dazu:
Ich benötige ein 6 Meter langes Kabel, durch das 63 Ampère fließen soll.
Der Spannungsabfall soll dabei max. 1 Volt betragen (d.h. am Ende des Kabels soll die Spannung nur 1 Volt kleiner sein als am Stromanschluss).
Welchen Leitungsquerschnitt benötige ich mindestens ?

A = 2 * 6 m * 63 A / ( 56 m/(Ω*mm²) * 1 V ) = 13,5 mm²

Um die Leitungsverluste zu senken, wird oft empfohlen, den Leiterquerschnitt größer zu wählen als notwendig. Dadurch wird jedoch nicht nur das Kabel teurer, sondern auch die Verlegung erschwert bzw. ein mobiles Ladekabel wird unhandlicher.

Formel zur Berechnung der Leitungsverluste in €. Leitungsverluste Formel.jpg

1. Beispiel: Ein Elektroauto wird ausschließlich zu Hause geladen, wobei um 20.000km pro Jahr zu fahren ca. 3.5000 kWh geladen werden müssen. Bei einem Strompreis von 0,25€/kWh ergeben sich daher Stromkosten von 3500*0,25=875€.
Es soll einphasig mit 16 Ampère geladen werden.

Leiterquerschnitt Leitungsverluste pro Meter und Jahr
1,5 mm² 1,45 € /(m*a)
2,5 mm² 1,45*1,5/2,5 = 0,87 €/(m*a)
4 mm² 1,45*1,5/4 = 0,54 €/(m*a)

2. Beispiel: Wie vorher.
Nur soll jetzt dreiphasig mit 32 Ampère geladen werden.

Leiterquerschnitt Leitungsverluste pro Meter und Jahr
4 mm² 0,54 € /(m*a)
6 mm² 0,54*4/6 = 0,36 €/(m*a)
10 mm² 0,54*4/10 = 0,22 €/(m*a)