Hinter jedem Ladestandort steht ein Transformator. Seine Aufgabe ist es, das Mittelspannungsnetz, in den Niederlanden typischerweise 10 kV bis 20 kV und anderswo in Europa bis 36 kV, auf die 230/400 V herunterzusetzen, die AC-Ladepunkte benötigen, oder auf die Eingangsspannung, die ein DC-Lader gleichrichtet. Schwierig ist nicht das Übersetzungsverhältnis, sondern die Auslegung: Ladelast ist spitzenlastig, oberschwingungsreich und wächst über die Lebensdauer des Standorts.
Was zieht ein Ladepunkt tatsächlich?
AC-Ladepunkte liegen etwa zwischen 3,7 kW einphasig und 22 kW dreiphasig. Ein DC-Schnelllader zieht deutlich mehr, üblich sind 50 kW bis 350 kW, und Ultraschnellanlagen bündeln mehrere Ladepunkte hinter einem Leistungsschrank. Die AC-Seite eines DC-Laders ist ein Gleichrichter, kein Motor und keine Heizung, und das ändert die Sicht des Transformators auf die Last.
Bei einem Haus- oder Betriebsanschluss existiert der Verteiltransformator meist bereits, und die Frage lautet, ob das Straßenkabel und die speisende 400-kVA- oder 630-kVA-Einheit noch Reserve haben, sobald ein Teil der Haushalte in der Abendspitze lädt. An einem öffentlichen Schnellladestandort ist der Transformator in der Regel dediziert und genau dafür ausgelegt.
Auf die Gleichzeitigkeit auslegen, nicht auf die Summe
Die Addition der Typenschildleistungen liefert fast immer ein zu großes Ergebnis. Sechs Ladepunkte mit je 150 kW liefern selten gleichzeitig 900 kW: Fahrzeuge flachen ihre Ladekurve mit steigendem Ladestand ab, und die Ankünfte verteilen sich. Ein realistischer Gleichzeitigkeitsfaktor zusammen mit einem Lastmanagement, das die Standortleistung begrenzt, hält den Transformator in einer sinnvollen Bemessungsleistung.
Der umgekehrte Fehler wiegt schwerer. Ein zu kleiner Transformator läuft heiß, altert seine Papierisolierung schneller und zwingt den Standort genau dann zur Drosselung, wenn er am stärksten frequentiert ist. Eine Leistungsstufe Reserve und ein Fundament samt Kabeltrasse, die bereits für eine größere Einheit ausgelegt sind, sind meist günstiger als ein zweiter Netzanschluss.
Oberschwingungen, Einschaltstrom und Netzqualität
Gleichrichter ziehen nicht sinusförmigen Strom. Die entstehenden Oberschwingungsströme verursachen zusätzliche Wirbelstromverluste in den Wicklungen und zusätzliche Erwärmung, sodass ein Transformator vor großer Gleichrichterlast eine Leistungsminderung oder eine Auslegung mit höherer Toleranz gegenüber Oberschwingungen benötigen kann. Moderne Lader mit aktivem Eingangsstromrichter verhalten sich deutlich besser als ältere Sechspulsschaltungen, dennoch gehört der Effekt gegen die Anschlussbedingungen des Netzbetreibers geprüft.
Der Einschaltstrom verdient dieselbe Aufmerksamkeit. Das Zuschalten eines Transformators erzeugt eine kurze Stromspitze von mehreren Nennströmen, was für die Schutzeinstellungen und die Selektivität mit der Mittelspannungssicherung oder dem Leistungsschalter am Standort entscheidend ist.
Innen, außen oder unter dem Gebäude?
Im Freien ist eine Öleinheit im hermetisch geschlossenen Kessel robust und thermisch gutmütig, sofern das Gehäuse die geforderte IP-Schutzart erreicht und eine Auffangwanne vorhanden ist. In einem Parkhaus, unter einem Gebäude oder in geschlossenen Handelsflächen vermeidet ein Gießharztransformator die Flüssigkeit vollständig und ist brandschutztechnisch leichter zu begründen. Wo innen dennoch eine Flüssigkeit gewünscht ist, bildet ein biologisch abbaubares Esterfluid mit hohem Brennpunkt den Mittelweg.
Eine praktische Regel: Legen Sie die Anschlussleistung auf die Gleichzeitigkeitsspitze aus, die Sie wirklich begründen können, lassen Sie den Rest durch Lastmanagement abfangen, und wählen Sie die Bauform aus den Randbedingungen des Standorts statt umgekehrt. Protrafo liefert sowohl Öl- als auch Gießharztransformatoren für Ladeinfrastruktur und berät zur Leistungsminderung, die eine konkrete Gleichrichterlast erfordert.
