Leistungsverteilung während eines Ladevorgangs

Das dritte Fahrzeug, dreiphasig mit Strömen von 27 A, und das vierte mit dreiphasigen Strömen von 16,5 A werden beide an einer Typ-2-Steckdose geladen. Der Oberschwingungsanteil des dritten Fahrzeugs, E-Mobil-16, ist relativ gering (Bild 3). Dagegen ist dem Stromverlauf des vierten Fahrzeugs, E-Mobil-14, aus Bild 3 ein sehr hoher Oberschwingungsanteil zu entnehmen. Dieser verzerrte Stromverlauf entsteht durch die ungefilterte Gleichrichtung der Dreiphasen-Wechselspannung. Werden die Stromharmonischen des vierten E-Fahrzeugs gemäß DIN EN 61000-3-12 bewertet, so stellt sich heraus, dass der THD14 gleich 127 % ist und der PWHD14 einen Wert von 75 % hat. Bild 4 stellt die gemessenen Störaussendungen von E-Mobil-14 im Vergleich mit den Grenzwerten dar. Die hohe Grenzwertüberschreitung ist deutlich zu erkennen. Parallel zur Bewertung von Oberschwingungsströmen nach DIN EN 61000-3-12 wird für dieses Fahrzeug die Bewertung von Oberschwingungsströmen nach VDN-Technische Regeln durchgeführt. Der an der fachhochschulinternen Ladesäule zulässige THD von 20,4 % wird mit den gemessenen 127 % deutlich überschritten. Damit ist für dieses Fahrzeug an diesem Verknüpfungspunkt die Anschlussbedingung nach DACH-CZ ebenfalls nicht erfüllt.

Üblicherweise betrachtet man den Verschiebungsfaktor cos ϕ und die damit verbundene, unerwünschte Blindleistungsaufnahme. Bei zunehmendem Einsatz leistungselektronischer Betriebsmittel und deren Auswirkung auf die Energieversorgungsnetze ist jedoch der Leistungsfaktor λ zu verwenden, da diese Größe auch die Oberschwingungsblindleistung berücksichtigt. Während des Ladezeitraums wird das E-Mobil-02 mit 2 kW geladen (Bild 5). Die Lastkurve zeigt gegen Ende der Ladung das allmähliche Reduzieren der Ladeleistung. E-Mobil-14 wird beispielsweise mit einer Drehstromwirkleistung von 7,5 kW geladen. Bei einem cos ϕ von fast 1 tritt jedoch ein Leistungsfaktor λ von 0,66 auf. Dieser große Unterschied entsteht durch die hohe Blindleistungsaufnahme von 8,5 kvar. Diese wird durch den kleinen Teil Grundschwingungsblindleistung Q ₁ , 0,95 kvar und den bedeutenden Teil Verzerrungsblindleistung D, 8,4 kvar gebildet. Deutlich zu erkennen ist, dass die Verzerrungsblindleistung, durch Oberschwingungsströme hervorgerufen, den größten Einfluss auf die gesamte Blindleistungsaufnahme hat.

Oberschwingungsströme im Neutralleiter

Zum Thema Oberschwingungsbelastung durch Stromharmonische stellt dies ein besonderes Problem harmonischer Frequenzen dar, die über den Neutralleiter und damit über den Sternpunkt des geerdeten Systems zurückfließen. Durch den Neutralleiter fließt bei einem oberschwingungsfreien, symmetrisch belasteten Drehstromnetz kein Strom. Kommt es jedoch zu Oberschwingungsströmen mit durch drei teilbarer Ordnungszahl, gilt dieser Ansatz nicht mehr. Der Neutralleiter wird mit Oberschwingungsströmen der Ordnungszahlen 3, 9, 15, usw. belastet. Somit kann in bestimmten Fällen auch bei symmetrisch verteilter Last im Drehstromnetz ein großer Strom im Neutralleiter fließen. Um die Addition der 150-Hz-Oberschwingung im Neutralleiter darstellen zu können, wurden unterschiedliche Elektrofahrzeuge auf die Außenleiter des Drehstromnetzes verteilt. Diese Addition wird in Bild 6 verdeutlicht. Bei den durch drei teilbaren Oberschwingungen ist der Anstieg des Neutralleiterstromes gut zu erkennen. Vor allem die Addition der dritten Harmonischen enthält einen bedeutenden Anteil. Bei einer unsymmetrischen Belastung mit Oberschwingungsströmen kann der Strom im Neutralleiter größer als der größte Strom im Außenleiter werden.