Das Interesse an Elektromobilität nimmt bei Industriefirmen und Stadtwerken, aber auch bei Kommunen und Bürgern immer mehr Fahrt auf. Hersteller von Elektrofahrzeugen präsentieren stetig neue attraktive Modelle mit einer zunehmenden Reichweite. Zudem wird unter anderem durch politische Förderungen, die Ladeinfrastruktur im privaten, halböffentlichen und öffentlichen Bereich flächendeckend gefördert und aufgebaut. Bestandteile davon, wie intelligente Ortsnetzstationen, batteriebetriebene Speicher bis hin zur fernsteuerbaren Ladesäule mit integrierten Energie- und Lastmanagementsystemen sowie Ladecontroller, haben eine entscheidende Gemeinsamkeit: Überall werden sensible elektronische Komponenten verbaut, bei denen ein stark steigendes Risiko hinsichtlich Blitz- und Überspannungsschäden besteht. Teure Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten sowie ein damit verbundener hoher Personalaufwand sind die Folge. Aber nicht nur die Ladeinfrastruktur, sondern auch das Elektrofahrzeug selbst sind betroffen, denn dessen Ladeschnittstelle ist gemäß IEC 60664-1 lediglich nach Überspannungskategorie II, und damit mit einer Bemessungs-Stoßspannung von 2500 V, definiert.
Allerdings überschreiten die Auswirkungen von Blitzen und netzbedingten Überspannungen die definierte Bemessungs-Stoßspannung um ein Vielfaches. So sind nicht nur direkte, sondern auch ferne Blitzauswirkungen in Betracht zu ziehen. Denn kommt es zu einer Blitzentladung, kann dies einen Schadensradius von bis zu zwei Kilometern nach sich ziehen. Wird das Elektrofahrzeug während eines Gewitters geladen, kann dies nicht nur eine defekte Ladeinfrastruktur, sondern auch Schäden am Fahrzeug selbst, wie zum Beispiel beschädigte Batterien, zur Folge haben. Um diesem stark steigenden Risiko entgegen zu wirken, ist ein ganzheitliches und geprüftes Blitz- und Überspannungsschutzkonzept von entscheidender Bedeutung.
Normative Anforderungen
Die DIN VDE 0100-443:2016-10 behandelt den Schutz von elektrischen Anlagen bei transienten Überspannungen infolge atmosphärischer Einflüsse, die über das Stromversorgungsnetz übertragen werden, inklusive direkter Blitzeinschläge in die Versorgungsleitungen und transienter Überspannungen infolge von Schaltvorgängen. Sie liefert eine Aussage, ob Maßnahmen zum Überspannungsschutz erforderlich sind, um Personen- und Sachschäden zu vermeiden. Zudem wägt sie das Standortrisiko ab, definiert Überspannungskategorien und die dazugehörigen geforderten Bemessungsstehstoßspannungen der Betriebsmittel und geht auf die notwendige Verfügbarkeit der Anlage ein.
Haben Überspannungen Auswirkungen beispielsweise auf öffentliche Einrichtungen und Dienste, Gewerbe- und Industrieaktivitäten oder sind empfindliche Betriebsmittel der Überspannungskategorie I oder II verbaut, so sagt die Norm, dass ein Überspannungsschutz vorzusehen ist. Daher ist DIN VDE 0100-443 grundsätzlich sowohl auf private als auch auf halböffentliche und öffentliche Ladeinfrastruktur anzuwenden. Zusätzlich geht aus der neuen DIN VDE 0100-722: 2019-06 hervor, dass öffentlich zugängliche Anschlusspunkte als Teil einer öffentlichen Einrichtung erachtet werden und daher bei transienten Überspannungen geschützt werden müssen. Werden Ladesäulen als Kundenanlage direkt an das Niederspannungsnetz angeschlossen, werden in VDE AR-N 4100 zusätzliche Anforderungen an Typ 1-Ableiter beschrieben, die im Hauptstromversorgungssystem installiert werden.
Ist eine Gefährdung durch direkte Blitzeinschläge zu berücksichtigen, ist weiterhin die Blitzschutz-Norm DIN VDE 0185-305 zu beachten. Die Auswahl von Blitzstrom- und Überspannungsableitern und deren Installationsanforderungen erfolgt nach DIN VDE 0100-534: 2016-10.
Standortabhängige Auswahl von Ableitern
Ein direkter Einschlag in die Ladesäule oder in die Versorgungsleitung verursacht einen Blitzstrom. Direkte und nahe Blitzeinschläge führen so zu Einkopplungen von leitungsgebundenen Blitzteilströmen (Impulsform 10/350 μs) sowie zu induktiven und kapazitiven Einkopplungen (Impulsform 8/20 μs) in den Ladestationen selbst. Wenn die Ladesäule oder die Versorgungsleitung in Zone 0A errichtet wird, sind daher gemäß DIN VDE 0100-534 Typ 1+2-Kombiableiter in der Ladesäule zu installieren, um die Störimpulse sicher zu beherrschen.
Sind die Ladesäulen oder Wallboxen und deren Zuleitungen in der Blitzschutzzone 0B errichtet, und damit im einschlaggeschützten Bereich, sind lediglich induktive und kapazitive Einkopplungen durch Blitzentladungen zu erwarten. In diesem Fall sind Überspannungsableiter Typ 2 wie „DEHNguard ACI“ zu berücksichtigen. Sollte das Bedrohungsszenario durch die stark variierenden Aufstellorte nicht eindeutig zu bestimmen sein, empfiehlt sich generell der Einsatz des kompakten Kombi-Ableiters „DEHNvap EMOB“ mit einer energetisch koordinierten Schutzwirkung Typ 1+2+3. Dieser Ableiter ist speziell für die Anforderungen der Ladeinfrastruktur konzipiert und schützt zuverlässig sowohl vor direkten als auch indirekten Blitzauswirkungen und stellt somit eine universelle Schutzlösung dar. Durch die RAC-Funkenstreckentechnologie bedingte Wellenbrecherfunktion wird die Restenergie auf < 0,5 Joule begrenzt. So wird ein wirksamer Endgeräteschutz selbst bei maximaler Einkopplung sichergestellt, zum Schutz der Ladeinfrastruktur und des Elektrofahrzeuges.
