Alles sicher?

Ein wirksames Schutzkonzept vermeidet Blitz- und Überspannungsschäden an Ladeinfrastruktur und Elektrofahrzeugen.

Die Elektromobilität nimmt Fahrt auf: Die Zulassungszahlen steigen, Stadtwerke und Kommunen, aber auch Unternehmen und Privatkunden investieren zunehmend in den Aufbau der erforderlichen Ladeinfrastruktur. Die empfindliche Elektronik im Inneren der Ladeinfrastruktur erfordert allerdings spezielle Schutzmaßnahmen. „Durch ihre Aufstellung im Freien sowie den Netzanschluss sind Ladestationen erheblich durch Blitzeinwirkung und Überspannungen gefährdet, die über die Stromleitung eingetragen werden“, sagt Tobias Kerschensteiner, Business Development Manager Utilities bei der Firma Dehn, einem führenden Anbieter im Bereich Blitz- und Überspannungsschutz.

Durch Überspannungen können Ladeinfrastruktur und Elektrofahrzeuge beschädigt werden. Foto: DEHN + SÖHNE GmbH + Co.KG

In der Tat werden allein in Deutschland jährlich durchschnittlich 1,5 Millionen Blitzereignisse gezählt, Schäden an Infrastruktur und elektrischen Installationen können nicht nur am Einschlagsort selbst, sondern in einem Umkreis von bis zu zwei Kilometern auftreten. Die daraus resultierenden Überspannungen überschreiten um ein Vielfaches die Spannungsfestigkeit der verbauten elektronischen Komponenten. Weiterhin sind netzbedingte Spannungsspitzen, etwa durch Schalthandlungen sowie Erd- und Kurzschlüsse als Risikofaktoren für die Ladeinfrastruktur zu berücksichtigen. Gefährdet ist nicht nur die Ladesäule selbst: Treten diese Überspannungen während eines Ladevorgangs auf, kann dies sogar zu einem Schaden am Fahrzeug selbst führen, da die Ladeschnittstelle der Elektrofahrzeuge häufig nur eine Spannungsfestigkeit von 2.500 Volt aufweist. Mögliche Folgeschäden sind zum Beispiel defekte Laderegler oder Batterieschäden. Ganzheitliche Blitz- und Überspannungsschutzkonzepte sichern Ladesäulen und Fahrzeuge zuverlässig gegen solche Schäden ab. Tobias Kerschensteiner: „Um die uneingeschränkte Funktion der Ladestationen sicherzustellen, ist der Blitz- und Überspannungsschutz eine wesentliche Komponente. Dieser trägt zur Sicherung der Investition, zum wirtschaftlichen Betrieb und nicht zuletzt zur Zufriedenheit der Kunden bei.“

Normative Anforderungen

Sofern eine Ladesäule nicht ortsveränderlich und über eine feste Verkabelung angeschlossen ist, fällt sie in den Geltungsbereich der DIN VDE 0100. 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. Tobias Kerschensteiner fasst die Inhalte zusammen: „Die Norm liefert eine Aussage, ob Überspannungsschutzmaßnahmen erforderlich sind, wägt das Standortrisiko ab, definiert Überspannungskategorien und die dazugehörigen geforderten Bemessungsstehstoßspannungen der Betriebsmittel und definiert, welche Überspannungsschutzeinrichtungen notwendig sind. Weiterhin wird auf die notwendige Verfügbarkeit der Anlage eingegangen.“ Ist eine Gefährdung durch direkte Blitzeinschläge gegeben, so ist zusätzlich die Blitzschutz-Norm DIN VDE 0185-305 zu beachten. Vorausschauend ist überdies die Norm DIN VDE 0100-722 zu berücksichtigen, welche 2019 neu erscheint. In dieser wird festgelegt werden, dass für alle öffentlich zugänglichen Anschlusspunkte (Ladeeinrichtungen) Überspannungsschutz vorzusehen ist.“

Standortabhängige Auswahl von Blitzstrom- und Überspannungsableitern

Ein direkter Einschlag in die Ladesäule oder in die Versorgungsleitung verursacht einen Blitzstrom (Impulsform 10/350 μs). Ferne oder sogenannte indirekte Blitzeinschläge führen zu leitungsgebundenen Blitzteilströmen in den Versorgungsleitungen oder auch zu induktiven/kapazitiven Kopplungen (Impulsform 8/20 μs) in den Ladestationen selbst.

Ursachen von Überspannungen. Foto: DEHN + SÖHNE GmbH + Co.KG

In Abhängigkeit vom Standort der Ladesäule oder Wallbox, hat die Auswahl des Überspannungsschutzes nach DIN VDE 0100-534 zu erfolgen. Wenn die Ladesäule oder die Leitungsführung zur Ladesäule in der Blitzschutzzone OA errichtet wird, sind bei einem Nahoder Ferneinschlag sowohl galvanische Einkopplungen von Teilblitzströmen als auch induktive und kapazitive Einkopplungen zu erwarten. Tobias Kerschensteiner: „Um diese Störimpulse zu beherrschen, sind Typ 1 + 2 Kombiableiter, zum Beispiel DEHNshield, in der Ladesäule zu installieren.“ Sind die Ladesäulen oder Wallboxen und dessen Zuleitungen in der Blitzschutzzone OB errichtet, also im einschlaggeschützten Bereich, sind lediglich induktive und kapazitive Einkopplungen durch Blitzentladungen zu erwarten. In diesem Fall seien Überspannungsableiter Typ 2 wie z.B. DEHNguard, zu berücksichtigen.

„Sollte das Bedrohungsszenario durch die sehr stark variierenden Aufstellorte nicht eindeutig zu bestimmen sein, empfiehlt sich generell der Einsatz des kompakten und platzsparenden Typ 1 + 2 Kombiableiter DEHNshield FM“, rät Kerschensteiner. „Dieser basiert auf reiner Funkenstreckentechnologie mit Wellenbrecherfunktion, ist wartungsfrei, schützt zuverlässig sowohl vor den direkten als auch den indirekten Blitzauswirkungen und stellt somit eine flexible und universelle Lösung dar.“ Durch die verbundene Impulszeit-Verkürzung wird die Energie des Blitzstoßstroms auf ein derart niedriges Niveau heruntergebrochen, dass selbst empfindlichste nachgelagerte elektronische Bauteile nicht beschädigt werden.

Kontakt: DEHN + SÖHNE GmbH + Co.KG., Tobias Kerschensteiner, 92306 Neumarkt, Tel.: +49 9181 906-0, tobias.kerschensteiner@dehn.de

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