Blitz- und Überspannungsschutz bei Ladesäulen
Mit dem Ausbau der Ladeinfrastruktur für E-Fahrzeuge gilt es auch, den Schutz vor Blitz- oder Überspannungsschäden zu erweitern. Passende Schutzkonzepte müssen dabei mit dem Einsatz effizienter Schutzgeräte kombiniert werden. Die E-Mobilität nimmt immer mehr Fahrt auf. So ist die Anzahl der Neuzulassungen von Elektromobilen (ohne Hybridfahrzeuge) in Deutschland seit 2015 von rund 12 500 auf fast 200 000 gestiegen. Im gleichen Zeitraum wurde die Zahl der öffentlich zugänglichen Ladepunkte von rund 5 900 auf rund annähernd 25 000 erweitert, Tendenz: weiter steil steigend.
Entscheidend für den Aufbau einer zuverlässigen Ladeinfrastruktur ist dabei nicht nur die Anzahl an verfügbaren Ladestationen, sondern auch die Qualität der in den Ladeparks und -stationen verbauten, in der Regel hochempfindlichen elektronischen Komponenten. Dem Schutz gegen Überspannungen und Blitzeinwirkungen kommt dabei eine besondere Bedeutung zu, zumal sich die Ladestationen häufig im Freien und dort an exponierter Stelle befinden. Bei Ladeparks kommen bei Einrichtungen für das Last- und Energiemanagement weitere elektronische Bauteile zum Einsatz, die ebenso zuverlässig vor transienten Überspannungen geschützt werden müssen.
Die Gefahr von Überspannung und Blitzeinschlägen betrifft dabei nicht nur die Stationen selbst, sondern auch die Fahrzeuge, die zu diesem Zeitpunkt dort für den Ladevorgang angeschlossen sind. Die Ladeschnittstelle von Elektromobilen ist üblicherweise für eine Spannungsfestigkeit von maximal 2 500 V ausgelegt. Selbst ferne Blitzeinschläge im erweiterten Radius der Stationen können Spannungen erzeugen, die um eine Vielfaches höher ausfallen. Schäden an Batterien und Ladereglern sind in solchen Fällen vorprogrammiert, dadurch ausgelöste Batteriebrände können sogar zum Totalschaden des Fahrzeugs führen; im schlimmsten Fall sind davon in der Nähe befindliche Personen betroffen.
Neben den oft erheblichen Schaden auslösenden Blitzeinwirkungen sind auch die Folgen zu berücksichtigen, die durch die eher energiearmen Schaltüberspannungen verursacht werden. Auch wenn sie nicht immer unmittelbaren Schaden an der Einrichtung verursachen, tragen sie zur Verkürzung der Lebenszeit der eingesetzten elektrischen und elektronischen Komponenten bei.
Wirklich wirksamen Schutz dagegen bietet nur die Umsetzung eines übergreifenden Blitz- und Überspannungsschutzkonzeptes. Dabei gilt es insbesondere die Normen DIN VDE 0100-443 und DIN VDE 0100-534 sowie DIN VDE 0100-722 und VDE-AR-N 4100 zu berücksichtigen.
Hochgradig wirksame Überspannungsschutzgeräte sorgen zuverlässig für eine Ableitung von Stoßströmen. Die durch Blitzeinschläge erzeugte Überspannung reduziert sich dabei in einem Maß, dass die Spannungsfestigkeit zentraler Komponenten nicht überschritten wird und sich Funkenbildung oder Kurzschlüsse verhindern lassen. Darüber hinaus können durch ihren Einsatz Alterungsprozesse der verbauten Elektronik verzögert oder gänzlich vermieden werden.
Vor solchen Schäden und den damit einhergehenden Anlagenausfällen bewahrt ein Überspannungsschutz. Schon in der Planungsphase wird das entsprechende Schutzkonzept an die spezifischen Verhältnisse vor Ort angepasst. Häufig tritt bei Wallboxen das Problem auf, dass der Raum für die Installation von Überspannungsschutz sehr begrenzt ist, oft so begrenzt, dass der Einsatz eines zusätzlichen Gehäuses nötig wird; ein solches wiederum erhöht die Kosten. In Fällen wie diesen sollte ein Überspannungsableiter zum Einsatz kommen, der alle relevanten Normen und zuverlässigen Schutz bietet– und das bei einer Bauform, die maximal platzsparend ist und zudem auch außerhalb der Wallbox einfach installiert werden kann.
Autor: Fabio Pafumi, Business Development Manager Utilities & Smart Grid/E-Mobility, DEHN SE