Netzintegration von Fahrzeugen mit elektrifizierten ... - JUWEL

6.4 Kritische Grenzwerte der Elektrofahrzeug-Integration im Verteilnetz
Spannungsungleichheit von 1,75% vor, da die maximale Abweichung 4V von dem Durchschnittswert
229V der drei Phasen beträgt. Durch Spannungsasymmetrien sinkt der Wirkungsgrad
dreiphasig an das Netz angeschlossener elektrischer Antriebe. Als Regel wird pro
Prozentpunkt Asymmetrie ein Prozent Wirkungsgradverlust kalkuliert. Der Ausfall einer ganzen
Phase kann durch thermische Überlastung zur völligen Zerstörung eines Antriebs führen.
Es wird daher versucht, die Wechselstromkreise im Haus so auf die drei Phasen zu verteilen,
dass die Stromstärke im zeitlichen Mittel pro Phase annähernd gleich ist [Initiative
EnergieEffizienz Industrie & Gewerbe, o. J.]. DIN EN 50160 schreibt vor, dass unter normalen
Betriebsbedingungen und innerhalb eines beliebigen Wochenintervalls 95% der 10-
Minuten-Mittelwerte des Effektivwertes des Grundschwingungsanteils der Gegensystemkomponente
der Versorgungsspannung zwischen 0% und 2% des entsprechenden Grundschwingungsanteils
der Mitsystemkomponente liegen muss. In einigen Gebieten sind bis zu
3% zulässig [DIN, 2011].
Ladesäulen für xEV können zudem harmonische Stromoberschwingungen erzeugen. Diese
entstehen, wie bei anderen Verbrauchern auch, wenn phasenanschnittgesteuerte Betriebsmittel
bzw. Betriebsmittel mit nichtlinearer Kennlinie nichtsinusförmige Ströme aufnehmen.
Aufgrund der galvanischen Kopplung verteilen sich die Stromoberschwingungen im gesamten
Niederspannungsstrang. Bedingt durch die vorhandene Netzimpedanz an einem betrachteten
Netzpunkt entstehen durch die nichtsinusförmigen Ströme nichtsinusförmige Spannungen,
die auch Oberschwingungsspannungen genannt werden. Diese Spannungen überlagern
die Spannungsgrundschwingung und führen zu einer in Abhängigkeit zur Impedanz
stehenden Verzerrung des sinusförmigen Spannungsverlaufs. In Versorgungsnetzen ohne
spezielle industrielle Einflüsse stammen die 3., 5. und 7.Oberschwingung im Wesentlichen
von kleinen Gerätenetzteilen mit Gleichrichtern und Kondensatorglättung. In Gebieten mit
überwiegendem Wohnanteil liegt wochentags die höchste Oberschwingungsbelastung in den
Abendstunden vor, beim zeitgleichen Betrieb von Fernsehgeräten. Die stärkste Belastung
durch Oberschwingungen im Netz entsteht am Wochenende bei niedriger Grundlast und
einem gesteigerten Anteil an Heimgeräten [Bochynek, 2012]. Die DIN EN 50160 legt fest,
dass in Nieder- und Mittelspannungsnetzen der Gesamtoberschwingungsgehalt THD (engl.
Total Harmonic Distortion) im Verhältnis zur Grundschwingungsamplitude unter 8% im normalen
Betrieb bleiben muss. Berücksichtigt werden hierbei alle Oberschwingungen bis zur
40.Ordnung [DIN, 2011].
6.4.2 Modellierung der Netze, Ladestrategien und -infrastruktur
6.4.2.1 Standardisierung von Ladeleistung und Netzanschluss
DIN EN 61851-1 (VDE 0122) definiert ein Ladegerät als Leistungsumrichter, welcher die
notwendigen Funktionen zum Laden einer Batterie erfüllt. Es werden vier mögliche Ladebetriebsarten
für elektrische Fahrzeuge abgegrenzt, welche in Tabelle 38 aufgeführt sind. Die
Ladebetriebsart 1 entspricht der klassischen Haushaltsladung, bei der eine Führung der Ladesteuerung,
der Pilotkontakt, nicht zwingend vorgesehen ist. Für die zweite Ladebetriebsart
wird eine in das Kabel integrierte Kontrollbox (engl. ICCB – In Cable Control Box) verwendet,
welche als mobile Schutzeinrichtung mit Kommunikationsschnittstelle zum Fahrzeug dient.
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