Welche Zuleitung braucht meine Wallbox?


Eine Wallbox in der eigenen Garage ist mit Abstand die komfortabelste Methode, sein Elektroauto zu laden. Ist das Elektroauto neu wächst recht schnell der Wunsch nach einer entsprechenden Stromversorgung in der Garage. Fragt sich nur: Welches Zuleitung brauche ich? Wie dick muss sie sein? Und welche “Sicherung” brauche ich?

Ganz grob: So wird eine CEE-Steckdose für die Wallbox in der Garage angeschlossen.

Grob geht es also um die Komponenten, die oben gezeigt sind (Download PDF, QElectroTech): Ausgehend vom Hausanschluß soll die unten gelegene Drehstromsteckdose versorgt werden. Über einen Leitungsschutz- und Fehlerstromschutzschalter (hab ich hier schonmal erklärt) verbindet eine Leitung die CEE-Steckdose mit dem Stromnetz. Dabei kann man natürlich seine Wallbox auch direkt mit der Zuleitung verbinden und sich die CEE-Steckdose sparen.

Das folgende Bild zeigt recht gut, warum man sich schon ein paar Gedanken über das Kabel machen sollte.

Ladekabel nach 2 Stunden Laden mit 11kW

Das ist eine Thermographie meines Ladekabels, nachdem mein Auto für zwei Stunden mit 11kW geladen hat. Deutlich erkennbar ist, das sich das Kabel im Vergleich zur Umgebung ca. 6 Grad erwärmt hat. Das ist nicht viel und unbedenklich, denn das Ladekabel hängt in der Luft und kann die entstandene Wärme gut abgeben.

Die Wärme entsteht durch die Verlustleistung des Kabels beim Laden und ist abhängig von der Stromstärke, dem Querschnitt und Material des Kabels und von der Länge. Für eine Drehstrom-Kupferleitung von 10m gilt:

Verlustleistung bei verschiedenen Stromstärken?

Das Julia-Script zur Berechnung dieses Bildes gibts hier, und am Ende dieser Seite sind auch die Rohdaten nochmal aufgelistet. Auf der X-Achse ist der Querschnitt der Einzeladern der Leitung in den handelsüblichen Abstufungen von 1,5mm^2 bis 16mm^2 abgetragen. Die Y-Achse zeigt die Gesamtverlustleistung über die 10m Kabel an. Versucht man beispielsweise, 16 Ampere Drehstrom (also 3x16A) über eine Leitung von 1,5mm^2 Querschnitt zu transportieren, so fällt eine Verlustleistung von 91 Watt an. Das ist eine Menge, und das Kabel würde sich ziemlich stark erwärmen. Genau deshalb muss man auch Kabeltrommeln abwickeln: Ansonsten kann die Leitung ihre Wärme nicht an die Umgebung abgeben und wird zu warm. Im besten Fall löst dann einfach die Thermosicherung der Kabeltrommel aus — im schlimmsten Fall kommt es zu einem Brand.

Tabellen, Tabellen…

Kurz gesagt: Je größer der Strom ist, desto größer muss auch der Querschnitt der Leitung sein. Wie groß der Querschnitt nun gewählt werden muss hängt allerdings auch von der Verlegeart, der Anzahl der umliegenden Leitungen und noch ein paar anderen Faktoren ab. Die DIN VDE 0298-4:2013-06 liefert die notwendigen Tabellen, um für einen konkreten Fall den richtigen Querschnitt und auch den richtigen Leitungsschutzschalter auszuwählen. Der VDE-Verlag bietet hier auch eine Leseprobe an, in der die Tabellen wiedergegeben sind — und in den üblichen Tabellenbüchern findet man sie auch.

Kurz zusammengefasst: Für die Auswahl ist nicht nur der gewünschte maximale Strom, sondern auch noch weitere Faktoren entscheidend:

  • Wie wird die Leitung verlegt? In einer wärmegedämmten Wand kann ein Kabel die Verlustwärme nicht so gut abgeben wie zum Beispiel in einem Kabelrohr, daher sinkt die Strombelastbarkeit.
  • Wieviele Leitungen sind parallel verlegt? Auch eine Häufung von Leitungen führt zu höheren Temperaturen, die Belastbarkeit bei gleichem Querschnitt sinkt.
  • Weniger relevant, aber der Vollständigkeit halber seien auch die Umgebungstemperaturen erwähnt. Je wärmer es ist, desto geringer ist die zulässige Belastbarkeit.

Weiterhin muss man natürlich den richtigen Kabeltyp einsetzen. In Innenräumen ist normalerweise eine NYM-Mantelleitung das Richtige, wenn man draußen verlegt, muss es eine NYY-Erdleitung sein. Von der korrekten Verlegung (Biegeradien, Einbautiefe, …) mal ganz abgesehen.

Aber auch bei einer korrekten Elektroinstallation entsteht natürlich Wärme. Das erkennt man recht gut in folgender Thermographie meiner Unterverteilung:

Unterverteilung nach 2 Stunden Laden mit 11kW

Das Bild wurde auch nach zwei Stunden Laden mit 11kW gemacht. Oben rechts ist ein Stromzähler, durch den der Ladestrom durch muss. Das warme Bauteil links darunter ist der Leitungsschutzschalter der Zuleitung in die Garage. Der ist deutlich wärmer ist als die darunter liegenden Leitungsschutzschalter für die anderen Stromkreise. Insgesamt sind die Werte in diesem Fall absolut im Rahmen. Allerdings zeigen sie auch schön, das man sich sehr wohl über die Belastbarkeit der Kabel Gedanken machen sollte.

Also einfach selbst machen?

Ich bin ja eigentlich unverdächtig, anderen Menschen das Selbermachen auszureden. In diesem Fall mache ich das aber, denn ich hab schon viel zu viele Elektroinstallationen gesehen, denen ich nicht über den Weg traue. Mit dem Wissen über Schutzschalter und die Leitungsdimensionierung hat man im Prinzip die Grundkenntnisse, um eine Zuleitung für eine Wallbox selbst zu legen. Damit ist es allerdings noch lange nicht getan: Ein Elektriker beurteilt auch immer den Gesamtzustand der Elektroanlage und schaut, das diese als Ganzes auch die Last eines Elektroautos verkraftet. Was nützt eine schöne 10mm^2-Leitung in die Garage wenn die Installation davor die Leistung nicht sicher erbringen kann?

Der Elektriker weiß zudem auch über die Netzform (oben TN-C-S) Bescheid und kann die notwendigen Prüfungen machen. Dafür hat er auch ein spezielles, geeichtes Messgerät. Mit so einem Installationstester werden je nach Anlage Parameter wie der Erdungswiderstand und die Schleifenimpendanz gemessen. Dazu werden auch die Auslösezeiten der Fehlerstromschutzschalter kontrolliert. Zuletzt erstellt ein guter Elektriker auch ein Protokoll über die Messwerte und weist damit nach, das die Elektroinstallation die aktuellen Anforderungen erfüllt.

Wer also selbst eine Versorgungsleitung für eine Ladestation verlegen möchte sollte noch einmal kritisch hinterfragen, ob er wirklich die notwendige Fachkenntnis hat und auch Zugriff auf das notwendige Werkzeug hat. Falls nicht: Finger weg! Strom ist gefährlich, und ohne die notwendigen Voraussetzungen tut man sich selbst keinen Gefallen, wenn man daran herumbastelt. Wer Geld sparen möchte sollte sich einen Elektriker suchen, mit dem man die Anlage anschaut und zusammen entscheidet, welche Änderungen notwendig sind. Oft kann man z.B. auch vereinbaren, dass z.B. Erdarbeiten von einem selbst durchgeführt werden. Das ist eine ungefährliche Methode, um bei Elektroinstallationen etwas Geld zu sparen.

Anhang

Die Rohdaten der obigen Grafik zur Verlustleistung sehen so aus:

Strom [A]Querschnitt [mm^2]Verlustleistung [W]Spannungsfall [V]
1131.560.35712.68055
2132.536.21431.60833
3134.022.63391.00521
4136.015.08930.670139
51310.09.053570.402083
61316.05.658480.251302
7161.591.42863.29914
8162.554.85711.97949
9164.034.28571.23718
10166.022.85710.824786
111610.013.71430.494872
121616.08.571430.309295
13201.5142.8574.12393
14202.585.71432.47436
15204.053.57141.54647
16206.035.71431.03098
172010.021.42860.61859
182016.013.39290.386618
19321.5365.7146.59829
20322.5219.4293.95897
21324.0137.1432.47436
22326.091.42861.64957
233210.054.85710.989743
243216.034.28570.61859

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