Zum Erfolg der Elektromobilität gehört unter anderem auch, dass Ladestationen gegen elektrischen Schlag gesichert sind. Umfangreiche Normungsarbeiten dazu werden in den verschiedenen Gremien der DKE und des DIN entwickelt. Vor einem elektrischen Schlag schützt im Wesentlichen die Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD) Typ A. Einen höheren Schutzpegel hingegen erreicht zusätzlich die 6-mA-Sensorik. Sie verhindert durch Abschalten eine Fehlfunktion der installierten Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCD) Typ A. Die Typeigenschaften der RCD bleiben erhalten.
Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen
Zum Laden von batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen (BEV) sind nach DIN EN 61851-1 (VDE 0122-1):2012-01 verschiedene Lademodi definiert. Lademodus 2 und 3 beschreiben das Laden mit Wechselspannung an einer vorhandenen Steckdose oder einer Wechselspannungs-Ladestation. Beide Modi benötigen Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCD). An welchen Stellen RCDs gefordert sind, steht in der DIN VDE 0100-410 (VDE 0100-410):2007-06 in Abschnitt 411.3.3. Demnach muss eine RCD in Endstromkreisen für den Außenbereich, in Steckdosen mit einem Bemessungsstrom ≤ 20A sowie in Endstromkreisen ≤ 32A für tragbare Betriebsmittel im Außenbereich installiert sein. Der Normenentwurf DIN VDE 0100-722 (VDE 0100-722):2011-09 präzisiert diese Forderung insofern als jeder Anschlusspunkt durch eine eigene Fehlerstrom-Schutzeinrichtung mindestens Typ A geschützt sein muss. Wenn die Charakteristik der Last in Bezug auf Gleichfehlerströme I �?N�?� 6mA nicht bekannt ist, müssen Maßnahmen zum Schutz beim Auftreten von Gleichfehlerströmen getroffen werden. Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCD) Typ A sind nach IEC 61008-1 und IEC 61009-1 für die Auslösung bei folgenden Fehlerströmen I �?Nvorgesehen:
für sinusförmige Wechselfehlerströme für pulsierende Gleichfehlerströme
Glatte Gleichfehlerströme dürfen bis zu einem Grenzwert von I �?N= DC ≤ 6mA auftreten (Abb. S. 91). Sind die Fehlergleichströme I �?N�?� DC 6mA kann sich bei vorgeschalteter RCD TypA sowohl die Ansprechzeit als auch der Ansprechwert negativ verändern. Im ungünstigsten Fall löst ein RCD Typ A bei einem hohen Fehlergleichstrom nicht mehr aus oder wird „blind“. Die Schutzfunktion ist in diesem Fall nicht mehr gewährleistet. Um dies zu verhindern, können entweder RCD Typ B eingesetzt werden oder der Fehlergleichstrom kann durch eine andere Maßnahme erkannt und der Stromkreis abgeschaltet werden. Eine Mischung von RCD Typ A und RCD Typ B im gleichen Stromkreis ist nicht zulässig. Das muss bei einer Neuinstallation oder beim Erweitern beachtet werden.
Ursache für Fehlergleichströme
In Ladeeinrichtungen für BEV werden oftmals PFC-Stufen (Power Factor Correction, Leistungskorrekturfilter) verwendet, um den EMV-Anforderungen (elektromagnetische Verträglichkeit) gerecht zu werden. Tritt nun ausgangsseitig der PFC-Regelung ein Isolationsfehler RF1 auf, so kann sich ein Gleichfehlerstrom einstellen, der den normativ festgelegten Wert von I �?N�?� 6mA (Abbildung S. 91) überschreitet. Vorkommen kann das bei Isolationsfehlern in On-board-Ladegeräten im Fahrzeug. Der Gleichstrom-Fehlerstromkreis wird erst durch die PE-N-Verbindung (Personenschutzschalter mit Schutzleiterabschaltung) in der Installation geschlossen. Damit beeinflusst er alle im Stromkreis befindlichen RCD Typ A. Die oben dargestellte Fehlerstromart ist derzeit in der DIN VDE 0100-530 (VDE 0100-530):2011-06 nicht vollständig berücksichtigt. Sie ist eine neue Fehlerart, die in heutigen Wechselspannungsnetzen durch moderne Antriebe und Netzteile mit PFC auftritt.
Fehlerströme mit Sensorik erkennen
Gleichströme und sinusförmige Ströme können wie oben erwähnt die einwandfreie Funktion von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen oder auch anderen Einrichtungen beeinträchtigen. Daher muss das Ladesystem unter Ausfall und Einzelfehlerbedingungen das Einleiten dieser Ströme begrenzen. Das ist eine Forderung nach DIN EN 61851-1 (VDE 0122-1):2012-01. �?hnliche Forderungen enthält der Entwurf E DIN VDE 0100-722 (VDE 0100-722):2011-09 in Abschnitt 722.531.2.101: „Wenn Gleichfehlerströme I �?N�?� 6mA auftreten, sind geeignete Maßnahmen zu ergreifen“.
Abschaltvorgang ansteuern
Eine Maßnahme kann zum Beispiel sein, den Fehlerstrom I �?N�?� DC 6mA mit einer Sensorik zu erkennen, die den Abschaltvorgang ansteuert. Dazu wird in den Stromkreis ein galvanisch getrennter Sensor in Reihe zum RCD Typ A geschaltet, der den Gleichfehlerstrom als Schaltinformation über ein Relais an die Ladesteuerung weitergibt. Der Ladevorgang wird dabei durch die übergeordnete Steuerung unterbrochen, zum Beispiel durch:
Steuerung des Ladeschalters in einer Ladestation (Mode 3)
Steuerung der Relais in einer IC-CPD
Damit wird die Funktion eines in der Gebäudeinstallation vorhandenen RCD Typ A nicht beeinträchtigt. Auch muss diese Fehlerstrom-Schutzeinrichtung nicht gegen ein RCD Typ B ausgetauscht werden.
