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Elektrotechnik | Energiespeicher, Batterieanlagen

Ladeeinrichtungen für Batterien absichern

ep2/2010, 3 Seiten

Da wir als Unternehmen PKW- und LKW-Batterien fertigen, betreiben wir eine Vielzahl von Stromrichtern (Formations-Gleichrichter), mit denen diese Batterien aufgeladen werden. Bei der Aufladung können Stromstärken bis 100 A und Spannungen von bis zu DC 450 V auftreten. Ein Ladegleichrichter mit einer Versorgungsspannung von AC 400 V hat bis zu zwölf Gleichstromladekreise mit je DC 360 V bzw. DC 450 V. Ist es erforderlich, zwischen der eingangsseitigen Versorgungswechselspannung der Stromrichter und den ausgangsseitigen Gleichspannungsladekreisen sowie zwischen den einzelnen 12 Ladekreisen untereinander eine galvanische Trennung (eventuell mittels eines dafür geeigneten Trafos) vorzusehen?


Allgemeine Anforderungen an Batterieladestationen, -laderäume und -ladeeinrichtungen sind im Abschnitt 9 von DIN 57510/DIN VDE 0510 (VDE 0510) [1] festgelegt. Danach sind Batterieladestationen sowie -laderäume sinngemäß wie Batterieräume auszuführen. Sie gelten als elektrische Betriebsstätten, wenn in ihnen Batterien geladen werden, deren Nennspannung nicht mehr als 220 V beträgt, oder als abgeschlossene elektrische Betriebsstätten, wenn sie zum Laden von Batterien dienen, deren Nennspannung höher als 220 V ist. Für die Ladestationen und Laderäume sind demzufolge, falls zutreffend, ebenfalls die Anforderungen aus DIN VDE 0100-731 (VDE 0100-731) [2] anzuwenden. Sollten Batterien parallel geladen werden, ist jeder Abgang einzeln abzusichern. Normative Anforderungen an eine galvanische Trennung zwischen den Gleichstromabgängen ergeben sich aus [1] nicht.
Bei Ladegeräten muss die Gleichstromseite vom Wechselstromnetz galvanisch getrennt sein, wenn im Gleichstromkreis die Schutzmaßnahmen nach der Normenreihe DIN VDE 0100 nicht anwendbar sind. An galvanisch nicht getrennten Geräten dürfen Wartungsarbeiten nur bei freigeschalteten Batterien durchgeführt werden.
Anforderungen an die Schutzmaßnahmen sind in DIN VDE 0100-410 (VDE 0100-410) [3] festgelegt. Sofern die Leerlaufspannung der Ladeeinrichtung mehr als 65 V (neuer Grenzwert nach [3] bei Gleichspannung 120 V) beträgt, ist das Bedienungspersonal durch Schutzmittel oder Schutzeinrichtungen zu schützen, z. B. durch das Isolieren des Standortes, isolierende Schutzkleidung oder durch ähnliche Maßnahmen.
Nach Abschnitt 10.7 von [1] dürfen Arbeiten unter Spannung, einschließlich der Wartungsarbeiten, nur bei Beachtung entsprechender Vorsichtsmaßnahmen nach DIN VDE 0105- 100 (VDE 0105-100) [4] ausgeführt werden. Solche Arbeiten dürfen ausschließlich durch elektrotechnisch unterwiesene Personen oder Elektrofachkräfte vorgenommen werden.
Weitere Hinweise und sicherheitstechnische Anforderungen können der DIN EN 50272-2 (VDE 0510-2) [5] entnommen werden. Die Norm [5] gilt für stationäre Batterien sowie Batterieanlagen mit einer maximalen Nennspannung von DC 1500 V. Sie beschreibt die Maßnahmen zum Schutz vor Gefahren, die durch elektrischen Strom, austretende Gase und Elektrolyte entstehen können. Im Abschnitt 5 „Schutz gegen gefährliche Körperströme“ sind für Batterieanlagen typische Maßnahmen beschrieben, die zusätzlich zu den Anforderungen aus DIN VDE 0100-410 [3] anzuwenden sind.
In Batterieanlagen mit einer Nennspannung von mehr als 60 V sind danach Schutzmaßnahmen für den Basisschutz (früher: Schutz gegen direktes Berühren) zu treffen. Anwendbar sind dafür folgende Maßnahmen:
  • Schutz durch Isolierung aktiver Teile,
  • Schutz durch Abdeckung oder Umhüllung,
  • Schutz durch Hindernisse oder Abstand.
Ein Schutz durch Hindernisse oder Abstand ist in Batterieanlagen ausdrücklich zugelassen – vorausgesetzt die Unterbringung erfolgt:
  • bei Batterien mit Nenngleichspannungen von DC 60 V bis DC 120 V in elektrischen Betriebsstätten und
  • bei Batterien mit Nenngleichspannungen von mehr als DC 120 V in abgeschlossenen elektrischen Betriebsstätten.
Bei Schutz durch Abdeckung oder Umhüllung muss eine solche mindestens der Schutzart IP2X oder IPXXB entsprechen. Weiterhin enthält [3] in dem Abschnitt 413 umfangreiche Anforderungen an den Fehlerschutz (früher: Schutz bei indirektem Berühren), die sich aber hauptsächlich auf den Schutz elektrischer Anlagen beziehen, die aus Batterieanlagen gespeist werden. Zulässig sind dafür folgende Maßnahmen:
  • Schutz durch automatische Abschaltung im TN- und TT-Netz,
  • Schutz durch Isolationsüberwachung und Abschaltung beim zweiten Fehler im IT-Netz,
  • Schutz durch Verwendung von Geräten der Schutzklasse II oder gleichwertiger Isolierung (Schutz durch doppelte oder verstärkte Isolierung, früher Schutzisolierung),
  • Schutz durch nichtleitende Räume,
  • Schutz durch erdfreien, örtlichen Schutzpotentialausgleich,
  • Schutztrennung.
Die Berührungsspannung darf im Fehlerfall einen Wert von DC 120 V nicht dauerhaft überschreiten. Ansonsten ist eine automatische Abschaltung innerhalb der in Tabelle 41.1 von [3] festgelegten Abschaltzeiten erforderlich. Bei Nennspannungen bis zu DC 120 V ist eine Anwendung der Schutzkleinspannung (SELV oder PELV) zum Basis- und Fehlerschutz zulässig. Weitere Details zum Basis- und Fehlerschutz lassen sich aus [3] sowie aus den dazugehörigen Anhängen A, B und C entnehmen.
Fazit. Nach Abschnitt 9 von [1] ist für Ladegeräte eine galvanische Trennung des Ladestromkreises vom speisenden Wechselstromnetz nur erforderlich, wenn in dem Ladestromkreis eine Schutzmaßnahme nach [3] nicht anwendbar ist. Ob eine solche Schutzmaßnahme (z. B. eine automatische Abschaltung der/des Ladestromkreise(s) im Fehlerfall durch eine allstromsensitive Fehlerstrom- Schutzeinrichtung vom Typ B) bei den in der Anfrage beschriebenen Anlagen möglich ist, kann auf Basis der vorliegenden Angaben nicht abschließend beurteilt werden. In aller Regel wird eine galvanische Trennung des Ladestromkreises vom speisenden Netz anhand eines geeigneten Transformators mit einfacher Trennung erforderlich sein.
Eine galvanische Trennung zwischen den ausgangsseitigen Ladestromkreisen ist nicht gefordert, wenn die sonstigen Sicherheitsbestimmungen für das Bedienungspersonal eingehalten sind. Hierzu zählen bei auftretenden Spannungen von bis zu DC 450 V beispielsweise folgende Maßnahmen:
  • Betrieb der Anlagen in abgeschlossener elektrischen Betriebsstätte nach [2], zu der nur berechtigte Personen Zutritt haben;
  • Schutz durch nicht leitende Räume (Standortisolierung) und/oder Verwendung von Schutzkleidung;
  • Ausführung von Arbeiten unter Spannung nur unter Anwendung der Vorsichtsmaßnahmen nach [4] und nur von Personen, die mindestens eine Qualifikation als elektrotechnisch unterwiesene Person besitzen;
  • Anwendung sonstiger Schutzmaßnahmen, z. B. durch geeignete Maßnahmen sicherstellen, dass ein Berühren von Anschlussklemmen der ladenden Batterien während des An- und Abklemmens und beim Ladevorgang nicht möglich ist.
Eine galvanische Trennung zwischen den ausgangsseitigen Ladestromkreisen würde nach dem Prinzip der Schutztrennung mit mehreren Verbrauchsmitteln (siehe Anhang C von [3]) sicherlich zur einer Erhöhung der Sicherheit für das Personal beitragen, ist aber, wie bereits ausgeführt, normativ nicht gefordert. Ebenso könnte die Sicherheit anhand eines zwangsläufigen Berührungsschutzes erhöht werden, der in Anlehnung an Abschnitt 4.2 der DIN EN 50191 (VDE 0104) [6] errichtet wird.

Quellen

DIN 57510/DIN VDE 0510 (VDE 0510):1977-01 VDE-Bestimmung für Akkumulatoren und Batterieanlagen.

DIN VDE 0100-731 (VDE 0100-731):1986-02 Errichten von Starkstromanlagen mit Nennspannungen bis 1000 V; Elektrische Betriebsstätten und abgeschlossene elektrische Betriebsstätten.

DIN VDE 0100-410 (VDE 0100-410):2007-06 Errichten von Niederspannungsanlagen – Teil 4-41: Schutzmaßnahmen – Schutz gegen elektrischen Schlag.

DIN VDE 0105-100 (VDE 0105-100):2005-06 Betrieb von elektrischen Anlagen – Teil 100: Allgemeine Festlegungen.

DIN EN 50272-2 (VDE 0510-2):2001-12 Sicherheitsanforderungen an Batterien und Batterieanlagen – Teil 2: Stationäre Batterien.

DIN EN 50191 (VDE 0104):2001-01 Errichten und Betreiben elektrischer Prüfanlagen.


Autor
  • W. Baade
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