Bildungsstätten-Symposium 2015

Transkript

1 Bildungsstätten-Symposium 2015 Titelgrau belassen! Easy transfer Messen und Prüfen leicht gemacht am Beispiel Leere Vorlage von E-Ladestationen mit dem Profitest MXTRA und DDS-CAD

2 EASY transfer EASY transfer steht für die direkte Einbindung des Prüfgerätes Profitest Master in die CAD-Planungssoftware von DDS-CAD. 1. Planen mit Mehrwert 2. Daten übertragen per Mausklick 3. Messen und Daten speichern 4. Datenrückgabe und Protokollerstellung 2

3 EASY transfer 1. Planen mit Mehrwert Gewinnen Sie Zeit, Komfort und Sicherheit beim Messen mit Ihrem PROFITEST Master-Prüfgerät! Nutzen Sie hierzu einfach die Daten aus Ihrer intelligenten DDS-CAD- Elektroplanung und schöpfen Sie so die hohe Leistungsfähigkeit Ihres PROFITEST-Geräts voll aus. Die bidirektionale Schnittstelle zwischen DDS-CAD und dem PROFITEST macht's möglich. 3

4 EASY transfer 2. Daten übertragen per Mausklick Alle in Ihrer DDS-CAD-Planung erstellten Verteiler- und Stromkreis- Strukturen übergeben Sie fehlerfrei und schnell an Ihr Messgerät. Die für die Bewertung erforderlichen Angaben werden dabei ebenfalls an Ihren PROFITEST übertragen. Eine spätere Nacharbeitung der Daten über das Messgerät ist somit nicht erforderlich. 4

5 EASY transfer 3. Messen und Daten speichern Nach Ihrer Messung speichern Sie die Messergebnisse unter einer frei definierbaren Baumstruktur ab. Diese Baumstrukturen lassen sich bei Bedarf problemlos, schnell und einfach per Tasten am Prüfgerät oder jetzt neu - auch über Barcode - vor Ort erweitern. 5

6 EASY transfer 4. Datenrückgabe und Protokollerstellung Die gemessenen bzw. aktualisierten Daten und Strukturen übertragen Sie schließlich vom PROFITEST zurück an DDS-CAD. Die Planungssoftware integriert diese in die Planung. Zudem legt sie Verteiler, RCDS und Stromkreise in ein Prüfprotokoll nach ZVEH mit allen dazugehörigen Messwerten ab - schnell, komfortabel und sicher. Die langwierige, fehlerbehaftete manuelle Datenübertragung ist Geschichte. Der Wunsch vieler Handwerksbetriebe nach einer komfortablen EDV-Lösung zum Ersatz des handschriftlichen Prüfprotokolls ist erfüllt 6

7 Erstellung in DDS-CAD 7

8 Übertragung ETC 8

9 Übertragung Profitest 9

10 Normgerechte Prüfung von E-Ladestationen 10

11 Elektromobilität Globale Herausforderung Globalisierung Urbanisierung Vernetzung Nachhaltigkeit 11

12 Quelle: SMA, Kassel 12

13 Mögliche Energieflüsse der Elektromobilität Quelle: DKE, DIN VDE 13

14 Ladestation (Stromversorgungseinrichtung für das Elektrofahrzeug) Eine Ladestation ist ein zum Laden von Elektrofahrzeugen vorgesehenes Betriebsmittel gemäß IEC 61851, das als wesentliche Elemente die Steckvorrichtung, einen Leitungsschutz, eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD), einen Leistungsschalter sowie eine Sicherheits- Kommunikationseinrichtung (PWM) enthält. Abhängig vom Einsatzort können ggf. noch weitere Funktions-einheiten wie Netzanschluss und Zählung hinzukommen. Quelle: Gemeinsame Geschäftsstelle Elektromobilität der Bundesregierung (GGEMO) 14

15 AC Ladestationen nach IEC und -22 Blockschaltbild einer öffentlichen kabelgebundenen Ladestation: Quelle: DKE 15

16 DIN VDE Errichten von Niederspannungsanlagen Teil 7-722: Anforderungen für Betriebsstätten, Räume und Anlagen besonderer Art Stromversorgung von Elektrofahrzeugen Quelle: Mennekes 16

17 Anwendungsbereich Stromkreise, die für die Versorgung von Elektrofahrzeugen für Ladezwecke vorgesehen sind und Schutzmaßnahmen bei Rückspeisung von elektrischer Energie vom Elektrofahrzeug zum privaten und zum öffentlichen Netz. Info: Induktives Laden ist nicht enthalten Norm-Entwurf Ausgabedatum: Erscheinungsdatum:

18 Norm-Entwurf - Ausgabedatum: Erscheinungsdatum: Gegenüber DIN VDE (VDE ): wurden u.a. folgende Änderungen vorgenommen: Im Gegensatz zur Vorgängernorm, die auf rein europäischen Normungsarbeiten beruht, sind nun auch internationale Interessen berücksichtigt, Anforderungen an Gleichzeitigkeitsfaktor konkretisiert, Erweiterungen der Schutzvorkehrungen, die nicht verwendet werden dürfen, Anforderungen an "Einrichtungen zum Schutz bei Überstrom" konkretisiert, Anforderungen zu Isolationsüberwachungsgeräten (IMDs) aufgenommen, Anforderungen an Einrichtungen zur Isolationsfehlersuche in IT-Systemen (IFLS) aufgenommen. 18

19 Anforderungen an den Aufstellungsort einer Ladestationen Eine Ladestation muss abhängig vom Aufstellort und den möglichen Lademodi unterschiedliche Kombinationen von Funktionen und Anforderungen unterstützen. 1. Energiefluss Bereitstellung Lastmanagement (Smart Grid) Rückspeisung 2. Steuerung/Sicherheit Pilotsignal Steckerverriegelung Trennen, Schalten und Schützen 3. Kommunikation Zugangsberechtigung Abrechnung ( metering ) Nutzungs-Interface Rückspeisung Lastmanagement (Smart Grid) 4. Barrierefreiheit die entsprechenden Normen sind zu beachten 5. Mehrwertdienste Handlungsbedarf bei Rahmenbedingungen 19

20 Bauliche Sicherheit Anforderungen an die Gehäuse von Ladestationen hinsichtlich: Aufstellort, Kennzeichnung, Hinweisschild, Parkordnung (optimale Anordnung/Platzierung der Ladesäule in Bezug auf die Parkfläche) und Vandalismus. 20

21 Anwendungsfälle vom Ladevorgang eines Elektrofahrzeuges Anwendungsfälle lassen sich dabei identifizieren: Laden - Lade-Örtlichkeiten privat (z. B. Garage), halbprivat (z. B. Betriebshof), öffentlich oder halböffentlich (z. B. Supermarktparkplatz), Ladestation kombiniert mit Parken, Standort draußen, überdacht oder Innenraum, Laden bei Freunden und Verwandten an einphasiger Haushaltssteckdose, Schnellladen unterwegs. 21

22 Anwendungsfälle vom Ladevorgang eines Elektrofahrzeuges Ladefunktionen AC-Laden mit Strömen bis zu 16 A ( Normalladung ), Schnellladen AC / DC, kabelgebunden oder induktiv, mit oder ohne Kommunikationspfad zur separaten Abrechnung, mit oder ohne Kommunikationspfad zur Verhandlung des Stromtarifs, mit oder ohne Lastmanagement/Netzdienstleistungen (lokal, Smart Grid), Möglichkeit der Netzrückspeisung. 22

23 Ladestationen Ladebetriebsarten nach IEC Ladestationen können im privaten, halbprivaten, öffentlichen und halböffentlichen Bereich aufgestellt werden. Abhängig vom Aufstellort und Funktionsumfang sind für eine Ladestation mehrere verschiedene Funktionseinheiten erforderlich. IEC Lademodi (Ladebetriebsarten) für leitungsgebundenes Laden Ladebetriebsart 1 bis 3 Laden mit On-Board-Ladegerät (im Fahrzeug befindlichen Ladegerät) Ladebetriebsart 4 Laden mit Off-Board-Ladegerät Quelle: BMW 23

24 DC Ladestationen / Infrastruktur DC-Ladeinfrastruktur zentralisierten Ansatz Einsatz von DC-Wall-Boxen Vorteil ist kombiniertes AC- und DC-Laden Unterteilung DC - Ladesysteme Regelungsverfahren Schutztechnik geregelt ungeregelt galvanisch getrennte Systeme galvanisch gekoppelte Systeme 24

25 DC Ladestationen / Infrastruktur Geregeltes System - die DC-Ladestation stellt exakt die zur Versorgung des Fahrzeugbordnetzes (und damit auch zum Laden der Batterie) notwendigen Spannungs- und Stromwerte nach den Sollwertvorgaben des Fahrzeugs ein. Ungeregeltes System - die DC-Ladestation stellt eine feste Spannung zur Verfügung, es ist dabei keine zusätzliche Spannungswandlung innerhalb des Fahrzeugs notwendig. Anmerkung vorzugsweise galvanisch getrennte DC-Ladestationen - Optimierung und technische Vereinfachung des Gesamtsystems aus Station und Fahrzeug vorzugsweise geregelte Systeme - Vorteile des DC-Ladens ausnutzen, die sich aus der Verlagerung des Ladegeräts aus dem Fahrzeug in die stationäre Infrastruktur ergeben Info: DIN SPEC Anforderungen an die Kommunikation zwischen Elektrofahrzeug und Ladestation für das Gleichstrom-Laden. 25

26 Induktives Laden Das resonante Induktionsladen (induktives Laden) ist in der deutschen Anwendungsregel (VDE-ARE ) beschrieben. (Beschreibung der technischen Eckdaten und Schutzziele) berührungsloses Laden ohne kinematische Verstellmechanismen hohe Ergonomie und Barrierefreiheit keinerlei mechanische Bedienereingriffe Wirkungsgradoptimierung zur Verringerung von hohen Verlusten während des Ladens Anmerkung Die auftretenden Feldstärken sind so niedrig gehalten, dass selbst bei einer mehrstündigen Ganzkörperexposition keine der derzeit weltweit anerkannten Grenzwertempfehlungen überschritten werden oder eine gesundheitliche Beeinträchtigung für Lebewesen besteht! 26

27 Kombiniertes Ladesystem AC / DC Combined Charging System zum AC- und DC-Laden mit den Steckvorrichtungen Typ 1 / Typ 2, bzw. Combo 1 / Combo 2 Quelle: BMW, Initiative Ladeschnittstelle 27

28 Normung und Steckertypen IEC Gesamtsystem IEC Stecksystem Typ 1 Typ 2 Typ 3 SAE-Stecksystem 32 A 1ph Mennekes-System 16 A 1ph 63 A 3ph Italienisches System 16 A 1ph 63 A 3ph 28

29 Anforderungen an die Sicherheit Sicherheitsanforderungen müssen bei Normalbedingungen (auch bei verschiedenen klimatischen Bedingungen) unter besonderer Berücksichtigung der vorhersehbaren Fehlbedienung und Missbrauch, bei Unfall und bei Vandalismus erfüllt werden! 29

30 Auszug relevanter Normen und Projekte zur Ladeschnittstelle Quelle: DKE, DIN VDE 30

31 Ladevorgang Sichere Handhabung Beim Ladevorgang kommt der Nutzer mit der aufgefundenen Ladestationstechnik direkt in Berührung! Definition der Schnittstelle zum Menschen auf: Vorkenntnisstand der Nutzer eingehende Sprache, Einheitliche Begriffe, Sinnvolle Gruppierung von Nutzerinterface-Elementen, Wahrnehmbarkeit von Systemzuständen, Visuelle und / oder audiophile Rückkopplung, Abbrechbarkeit von Vorgängen, Körpermaße und Körperkräfte der Nutzer berücksichtigende mechanische Elemente. 31

32 Elektrische Sicherheit Normen aus dem Bereich der Elektroinstallation zum Schutz gegen elektrischen Schlag DIN EN (VDE ): , Schutz gegen elektrischen Schlag Gemeinsame Anforderungen für Anlagen und Betriebsmittel DIN IEC/TS (VDE ): , Wirkungen des elektrischen Stromes auf Menschen und Nutztiere Teil 1: Allgemeine Aspekte DIN VDE (VDE ): , Errichten von Niederspannungsanlagen Teil 5-54: Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel Erdungsanlagen, Schutzleiter und Schutzpotentialausgleichsleiter DIN VDE (VDE ): , Errichten von Niederspannungsanlagen Teil 4-41: Schutzmaßnahmen Schutz gegen elektrischen Schlag 32

33 Elektrische Sicherheit Normen aus dem Bereich der Elektroinstallation zum Schutz gegen elektrischen Schlag DIN VDE (VDE ) Errichten von Niederspannungsanlagen Teil 530: Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel Schalt- und Steuergerät, DIN VDE (VDE ) Errichten von Niederspannungsanlagen Teil 7-722: Anforderungen für Betriebsstätten, Räume und Anlagen besonderer Art Stromversorgung von Elektrofahrzeugen, DIN VDE (VDE ) Errichten von Niederspannungsanlagen Teil 6: Prüfungen. 33

34 Sicherer Betrieb - Prüfungen Sicherer Betrieb und Wiederholungsprüfung durch die DIN VDE Ausnahme Anwendungsbereich laienbedienbare Anlagen und Geräte Für das Laden von Elektrofahrzeugen bedarf es jedoch laienbedienbarer Geräte, für die besondere Maßnahmen zur Beherrschung der spezifischen Gefahren zu ergreifen sind. Berücksichtigung folgender Aspekte: Hohe Leistungsübertragung bei gleichermaßen hohen Stromstärken und Spannungen und damit hoher Energiedichte. Häufige Frequentierung von Laien. Laien erkennen akute Gefahren schlechter. Es besteht das Risiko von Manipulationen oder Vandalismus an vorhandenen Anlagen, die ungeprüft zu schweren Schäden/Verletzungen führen können. 34

35 Sicherer Betrieb - Prüfungen Häufiger Nutzerwechsel, unterschiedliches Nutzerverhalten und intensive Nutzung (z. B. Dauerladebetrieb, häufiges Anschließen- und Trennen der Ladeleitung) wirken sich ebenso auf den Verschleiß aus wie zum Teil äußerst variable Umgebungsbedingungen (geschlossene Räume, Außennutzung, in Städten, auf dem Land, Witterung, ). Für die Betrachtung der elektrischen Sicherheit sind sowohl die Netzspannung als auch die Bordspannung zu berücksichtigen. Beim Gleichstromladen ist die Möglichkeit der Lichtbogenbildung in geeigneten Schutzkonzepten zu berücksichtigen. Forderung an eine hohe Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit. Unterschiedliche Regelungen für das Betreiben von Anlagen in privaten Bereichen, Anlagen im öffentlichen Raum und Anlagen in gewerblichen Bereichen. 35

36 Problematik Gleichfehlerströme > 6 ma Grundlagen DIN VDE (VDE ) Allgemeine Forderung In Endstromkreisen für den Außenbereich und Steckdosen mit einem Bemessungsstrom < 20 A sowie in Endstromkreisen < 32 A sind für tragbare Betriebsmittel im Außenbereich eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung RCD zu installieren. DIN VDE (VDE ) Errichten von Niederspannungsanlagen Teil 7-722: Anforderungen für Betriebsstätten, Räume und Anlagen besonderer Art Stromversorgung von Elektrofahrzeugen Jeder Anschlusspunkt muss durch eine eigene Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD) mit einem Bemessungsdifferenzstrom nicht größer als 30 ma geschützt sein. Die ausgewählte Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD) muss alle aktiven Leiter einschließlich des Neutralleiters abschalten 36

37 Problematik Gleichfehlerströme > 6 ma E-Ladestationen Die Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD) des Anschlusspunktes muss mindestens vom Typ A sein. Wenn die Charakteristik der Last in Bezug auf mögliche Gleichfehlerströme > 6 ma nicht bekannt ist, müssen Maßnahmen zum Schutz beim Auftreten von Gleichfehlerströmen getroffen werden, z.b. durch Verwendung einer Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD) vom Typ B. Normative Anforderung an RCD Typ A nach IEC und IEC Auslösung bei folgenden Fehlerströme I F : für sinusförmige Wechselfehlerströme, für pulsierende Gleichfehlerströme, glatte Gleichfehlerströme bis 6 ma. 37

38 Ursachen für Gleichfehlerströme > 6 ma - Maßnahmen Ursachen Isolationsfehler beim Laden eines Elektrofahrzeuges (BEV Battery Electric Vehicle), Verwendung von PFC-Stufen in Ladeeinrichtungen um EMV-Anforderungen gerecht zu werden (PFC, Power Factor Correction, Leistungsfaktorkorrektur), Ausgangsseitiger Isolationsfehler der PFC-Regelung I F > 6 ma. Erkennung durch Sensorik Maßnahmen Abschaltung u.a. Steuerung des Ladeschalters in der Ladestation, Steuerung der Relais in einer IC-CPD, Steuerung von Schaltgliedern in der Fahrzeugelektronik. 38

39 Fehlerstromschutzschalter DFS 4 EV speziell für die Erfordernisse der Elektromobilität Entwickelt speziell zur Ladung von Elektrofahrzeugen (engl. Electric Vehicles, kurz: EV). Bestimmt für den Einsatz in Ladesäulen und so genannten Wallboxen sowie in Stromkreisen der festen Installation, die eine solche Vorrichtung speisen. Die Aufgabe besteht darin, den an der Ladesteckdose erforderlichen Schutz vor gefährlichen Körperfehlerströmen zu realisieren. Schützt gleichzeitig eine vorgeschaltete Fehlerstromschutzeinrichtung vor der Gefahr des Nichtauslösens bei DC-Fehlerströmen, z. B. verursacht durch fehlerhafte Ladetechnik. 39

40 Überprüfungen der Betriebszustände nach IEC Status A Ladeleitung nur mit Ladepunkt verbunden CP-Signal wird eingeschaltet, Spannung zwischen PE und CP beträgt 12 V. Status B Ladeleitung mit Ladepunkt und Fahrzeug verbunden Ladeleitung wird am Ladepunkt und im Fahrzeug verriegelt, Noch keine Ladebereitschaft am Fahrzeug, Spannung zwischen PE und CP +9 V / -12 V. Status C - Nicht gasendes Fahrzeug erkannt Ladebereitschaft vom Fahrzeug / Leistung wird zugeschaltet, Spannung zwischen PE und CP +6 V / -12 V. 40

41 Überprüfung der Betriebszustände nach IEC Status D Gasendes Fahrzeug erkannt Ladebereitschaft vom Fahrzeug / Leistung wir zugeschaltet, Spannung zwischen PE und CP +3 V / -12 V. Status E Leitung wird beschädigt Kurzschluss zwischen PE und CP, Ladeleitung wird am Ladepunkt entriegelt, Spannung zwischen PE und CP +0 V. EV-Tester, Fa. Walther Quelle: Walther Werke 41

42 Prüfungen der elektrischen Sicherheit nach DIN VDE die neuste Messtechnik Profitest Master 42

43 Prüfungen der elektrischen Sicherheit nach DIN VDE IEC

44 Prüfungen der elektrischen Sicherheit nach DIN VDE Messungen zur Prüfung von Schutzmaßnahmen in Niederspannungsanlagen bis V nach DIN VDE 0100 Teil 600 DIN VDE 0105 Teil

45 Prüfungen der elektrischen Sicherheit nach DIN VDE Allgemeine Anmerkungen Die Prüfungen müssen durch eine Elektrofachkraft durchgeführt werden, die zur Durchführung von Prüfungen befähigt ist. Um Gefahren durch das Messen zu vermeiden und um Messergebnisse mit hinreichender Genauigkeit zu erreichen ist die Auswahl normgerechter Messgeräte gefordert. Mess- und Überwachungsgeräte müssen der Norm VDE 0413 entsprechen. 45

46 Prüfungen der elektrischen Sicherheit nach DIN VDE Allgemeine Anmerkungen Jede Anlage muss geprüft werden, bevor sie vom Benutzer in Betrieb genommen wird. Die in DIN geforderten Informationen, sowie andere für die Erstprüfung notwendigen Informationen müssen den Prüfern zur Verfügung gestellt werden. Werden Abweichungen von den Errichtungsbestimmungen festgestellt, ist die Prüfung nach Mängelbeseitigung zu wiederholen. 46

47 Prüfungen der elektrischen Sicherheit nach DIN VDE Allgemeine Anmerkungen Alle Fehler oder fehlenden Teile, die erkannt wurden, müssen korrigiert werden, bevor der Errichter erklärt, dass die Anlage den Anforderungen an die Reihe DIN VDE 0100 erfüllt. Bei Erstprüfungen von Erweiterungen oder Änderungen bestehender Anlagen, darf der Prüfbericht Empfehlungen für angemessene Reparaturen und Verbesserungen enthalten. 47

48 Prüfungen der elektrischen Sicherheit nach DIN VDE Was gehört zur Prüfung? Die Prüfung umfasst alle Maßnahmen, mit denen die Übereinstimmung der Elektrischen Anlage mit den Anforderungen von DIN VDE 0100 überprüft wird. Prüfen umfasst: Besichtigen Messen und Erproben 48

49 Prüfungen der elektrischen Sicherheit nach DIN VDE Die Messverfahren im Detail 49

50 Prüfungen der elektrischen Sicherheit nach DIN VDE Messverfahren zum Prüfen von E - Ladestationen Durchgängigkeit der Leiter (Niederohmmessung), Isolationswiderstand, Erdungswiderstand, Prüfungen von Fehlerstrom-Schutzschalter (RCD), Fehlerschleifenimpedanz (Schleifenwiderstand), Netzinnenwiderstand, Drehfeldrichtung. 50

51 Prüfungen der elektrischen Sicherheit nach DIN VDE Das Prüfprotokoll Nach Beendigung der Prüfung einer neuen Anlage, von Erweiterungen, von Änderungen. muss ein Prüfbericht über die Erstprüfung erstellt werden. Der Prüfbericht muss Details des Anlagenumfanges zusammen mit einer Aufzeichnung über das Besichtigen und des Erprobens und Messens umfassen. 51

52 Prüfungen der elektrischen Sicherheit nach DIN VDE Das Prüfprotokoll Mindestinhalte eines Prüfberichtes 1. Allgemeine Angaben Name und Anschrift des Auftraggebers, Name und Anschrift des Auftragnehmers, Bezeichnung der einzelnen Protokolle für die Messwerte, Bezeichnung des Objektes (Anlage, Gebäude ), Verwendete Mess- und Prüfgeräte. 2. Bewertung der Prüfung 3. Prüfstelle, Prüfer, Prüfdatum, Unterschrift 52

53 Prüfungen der elektrischen Sicherheit nach DIN VDE Das Prüfprotokoll Der Prüfbericht der Erstprüfung muss enthalten: Aufzeichnungen über die Besichtigung, Aufzeichnungen über die geprüften Stromkreise und die Prüfergebnisse. Die Aufzeichnungen über die geprüften Stromkreise und die Prüfergebnisse müssen enthalten: jeden Stromkreis einschl. der zugehörigen Schutzeinrichtung, die Ergebnisse der geforderten Erprobungen und Messungen. 53

54 Prüfprotokoll 54

55 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Michael Roick GMC-I Messtechnik GmbH Südwestpark Nürnberg 55