Die Prüfung von DC-Ladepunkten - Teil 2
Im ersten Teil der normgerechten Prüfung von DC-Ladepunkten befassten wir uns mit den Grundlagen, Normen, der Sichtprüfung sowie der funktionellen Überprüfung der Kommunikation. Im zweiten Teil liegt der Fokus nun auf der Prüfung der elektrischen Sicherheit.
Die normgerechte Prüfung der elektrischen Sicherheit an DC-Schnellladestationen ist essenziell. Die folgenden Prüfungen müssen daher zwingend mit normgerechten Messgeräten (in diesem Fall einem Prüfadapter für DC-Ladepunkte in Kombination mit Profitest Prime) durch eine Elektrofachkraft durchgeführt werden und beinhalten:
- Messung niederohmige Durchgängigkeit des Schutzleiters
- Messung des Schleifenwiderstandes zwischen DC+ und DC-
- Überprüfung der Isolationsüberwachung im CCS-System
- Messung des Isolationswiderstandes
- Messung der Restspannung
- Messung Berührungsstrom
- Prüfen der Fehlerstrom-Schutzeinrichtung
Messung niederohmiger Durchgängigkeit des Schutzleiters im CCS-System mit 200 mA
Nach SN411000:2020 6.1.3.2HD60364-6 ist die Durchgängigkeit sowohl von Schutzleitern, einschliesslich der Schutzpotenzialausgleichsleiter über die Haupterdungsschiene und der Leiter des zusätzlichen Schutzpotenzialausgleichs, als auch von aktiven Leitern bei ringförmigen Endstromkreisen zu prüfen. Die Durchgängigkeit von Leitern wird durch einen konstanten Prüfstrom und den Spannungsfall am Messobjekt bestimmt. Die Messung erfolgt zwischen dem PE des Stecksystems des DC-Ladepunktes und des Schutzleiters in der vorgeschalteten elektrischen Anlage.
Messung der niederohmigen Durchgängigkeit des Schutzleiters im CCS-System mit 25 A
Durch den hohen verwendeten Prüfstrom eignet sich diese Messart vor allem für genaue Durchgängigkeitsprüfungen von besonders niederohmigen Schutzleitersystemen, das heisst bei grossen Querschnitten und/oder kurzen Leitungslängen. In diesem Fall wird die Durchgängigkeit von Schutzleitersystemen durch das Einspeisen eines netzfrequenten Prüfstroms und Messungen des resultierenden Spannungsfalls bestimmt. Auch hier erfolgt die Prüfung am Combo-2-Steckersystem (Messeingang PE am Testgerät) und an einem PE-Messpunkt der Lade- beziehungsweise Trafostation.
Vorsicht: Aufgrund des hohen Prüfstroms kann dies bei geringen Querschnitten unter Umständen zu unerwünschten Erwärmungen oder Beschädigungen führen.
Einsatz zur Überprüfung der Wirksamkeit von Schutzmassnahmen von Ladepunkten
Für elektrische Anlagen muss der Schutz gegen elektrischen Schlag sichergestellt sein. In der DC-Installation müssen zudem spezifische Anforderungen erfüllt werden, da eine erhöhte Brandgefahr durch Isolationsfehler besteht, die einen nicht verlöschenden Lichtbogen verursachen können. Die Beurteilung der Wirksamkeit des Schutzes gegen elektrischen Schlag und bei Überstrom durch automatische Abschaltung an AC/DC-Ladepunkten kann mit den entsprechenden Geräten nachgewiesen werden.
Messung des DC-Schleifenwiderstandes
Bei Strömen von bis zu 400 Ampere verursachen selbst geringe Kontaktwiderstände am Stecker hohe Wärmeverluste. Schon ein Widerstand von 0,15 Milliohm reicht aus, um aus dem Stecker einen 25-Watt-Lötkolben zu machen. Da die Kontaktoberflächen durch Staub oder andere Umwelteinflüsse verschmutzt oder beschädigt werden können, könnten noch höhere Kontaktwiderstände schnell die Stecker durchschmoren lassen, mit möglicherweise fatalen Folgen. Umso wichtiger ist die korrekte Durchführung der Messung.
Der Profitest Prime ermöglicht je nach Kontaktierungsart die Messung der Schleifenimpedanz DC+ – DC-, DC+ – PE, DC- – PE. Die Schleifenimpedanz Z wird gemessen und der Kurzschlussstrom IK wird ermittelt, um zu prüfen, ob die Abschaltbedingungen der Schutzeinrichtungen eingehalten werden. Im Fall des DC-Ladepunktes ist die Messung ausschliesslich für die Ermittlung der Schleifenimpedanz sowie der Kontaktwiderstände des Stecker-Systems relevant. Die Schleifenimpedanz sollte je Stromkreis an der entferntesten Stelle gemessen werden, um die maximale Schleifenimpedanz der Anlage zu erfassen.
Überprüfung der Isolationsüberwachung im CCS-System
Die Überprüfung der Isolationsüberwachung erfolgt durch Simulation von fest definierten Isolationswiderständen und stellt ein Sicherheitstest der Ladesäule zur Überprüfung der Erkennung von Isolationsfehlern dar. Diese Überprüfung erfolgt nur bei DC-CCS. Das Messgerät simuliert ein EV mit DC-Last und DC-Quelle. Der Ladevorgang stoppt automatisch nach einigen Sekunden. Der getestete ISO-Wert wird auf dem Bildschirm des Diagnosegerätes angezeigt.
Messung Restspannung
Die Messung der Restspannung wird empfohlen, um sicherzustellen, dass beim Berühren von gefährlichen aktiven Teilen keine Gefahr ausgeht. Das gilt insbesondere für Fahrzeugkupplungen, wenn die Spannung während des Ladens zwischen beliebigen Kontakten 60-V-Gleichspannung oder 30-V-Wechselspannung (Effektivwert) überschreitet.
Nach der Trennung der Fahrzeugkupplung aus dem Fahrzeugstecker sollten zwei Anforderungen erfüllt sein, vorausgesetzt die Kontakte der Fahrzeugkupplung erfüllen nicht die IPXXB nach IEC 60529:
Die Ladung zwischen sämtlichen Kontakten muss innerhalb von 1 s unter 50 μC liegen, das heisst die Spannung darf innerhalb von 1 s nach Trennung 60 V DC und 30 V AC (Effektivwert) nicht überschreiten.
Die Energie zwischen sämtlichen Kontakten muss innerhalb von 10 s unter 0,2 J liegen, das heisst, die Spannung darf innerhalb von 10 s nach Trennung 60 V DC und 30 V AC (Effektivwert) nicht überschreiten.
Prüfen der Fehlerstrom-Schutzeinrichtung
Gemäss einschlägigen Normen sollten Gleichstromladestationen über spezielle Schutzmassnahmen verfügen. DC-Ladepunkte mit fest angeschlagener Ladeleitung sollten mit einer Fehlerstrom-Schutzeinrichtung RCD an der Leitung oder in der Stromversorgungseinrichtung ausgestattet sein. Weitergehende Informationen über Schutzmassnahmen gegen Fehlerströme in ortsfesten Anlagen können der NIN-Teil 4, 7.22.5.3.1.3 HD60364-7-722 entnommen werden. Kompatibilität zu einer vorgeschalteten Fehlerstrom-Schutzeinrichtung RCD des Typs A kann auch durch eine doppelte oder verstärkte Isolierung des Kreises, der einen Ableitgleichstrom an einen anderen Kreis und Schutzleiter verursacht erreicht werden oder durch Einsatz spezieller Sensorik zur Erkennung von 6 mA Gleichfehlerströme.
Zur Ermittlung der bei Nennfehlerstrom auftretenden Berührungsspannung U∆N misst das Prüfgerät mit einem Strom, der nur circa 1/3 des Nennfehlerstromes beträgt. Dadurch wird verhindert, dass dabei die Fehlerstrom-Schutzeinrichtung RCD auslöst. Der besondere Vorteil dieses Messverfahrens liegt darin, dass man an jeder Steckdose die Berührungsspannung einfach und schnell messen kann, ohne dass die Fehlerstrom-Schutzeinrichtung RCD auslöst. Die sonst übliche und umständliche Messmethode, die Wirksamkeit einer Stelle zu prüfen und nachzuweisen, dass alle anderen zu schützenden Anlagenteile über den PE-Leiter mit dieser Messstelle niederohmig und zuverlässig verbunden sind, kann entfallen.
Prüfen von 6 mA Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen RDC-DD / RCMB
Die SN41100:2020 7.22.5.3.1.3 (Errichtungsbestimmung für Ladeeinrichtungen der Elektromobilität) sieht vor, dass jede Steckdose zum Laden eines E-Fahrzeuges mit einer separaten Fehlerstrom-Schutzeinrichtung RCD abgesichert werden muss. Des Weiteren ist ein zusätzlicher Schutz bei mehrphasigem Laden von glatten Gleichfehlerströmen vorgeschrieben. Dieser kann entweder mit einem RCD vom Typ B, einem RDC-DD (Residual Direct Current – Detecting Device) oder einem RCMB (Residual Current Monitoring Module) ausgeführt werden. Die RDC-DD werden entsprechend der IEC 62955 und RCMB gemäss der SNEN 62752 geprüft.
Messung des Isolationswiderstands
Zur Vermeidung von Gefahren und Schäden durch Fehler- und Kriechströme, die auf Grund fehlerhafter Leitungsisolationen entstehen können, ist eine Überprüfung des Isolationswiderstands zwischen den aktiven Leitern und dem mit der Erde verbundenen Schutzleiter gefordert.
Die Isolationswiderstandsmessung erfolgt durch Ausgabe einer konstanten Gleichspannung und einem Prüfstrom der gemäss SNEN 61557-2 mindestens 1 mA beträgt. Die Prüfung wird bei Gleichstromladestationen ohne Isolationsüberwachungssystem durchgeführt.
Hat die Gleichstromladestation mehrere Gleichstromausgänge, die für den gleichzeitigen Betrieb vorgesehen sind, dann muss zusätzlich jeder Ausgangskreis von allen anderen Ausgangskreisen durch Basisisolierung, doppelte Isolierung oder verstärkte Isolierung getrennt sein. Empfohlen wird hier eine zusätzliche Messung des Isolationswiderstands zwischen den DC-Ladepunkten. Wichtig: Isolationswiderstände dürfen nur an spannungsfreien Objekten gemessen werden!
Messung Berührungsstrom
Die Messung des Berührungsstroms erfolgt während des Ladebetriebes eines Elektroautos an einer Gleichstromladestation unter bestimmten Bedingungen. Der Effektivwert des Berührungsstroms ist 3,5 mA. Wird dieser überschritten müssen Anforderungen gemäss DIN EN 61851-23 für eine Gleichstromladestation für Elektrofahrzeuge der Schutzklasse I erfüllt werden. Das zu messende Teil muss spannungsfrei sein. Im Zweifelsfall erfolgt eine Überprüfung auf Spannungsfreiheit, bevor mit der Messung begonnen wird.
Fazit
Die Überprüfung von Schnellladestationen, sprich DC-Ladepunkten, stellt die versierte Elektrofachkraft vor immer neue Herausforderungen. Mit Basiswissen zur Kommunikation der unterschiedlichen Ladesysteme sowie Grundwissen zu Messverfahren und deren Anwendung ist eine Durchführung sowie Beurteilung der Prüfung aber problemlos möglich.