Ladegeräte für Elektrofahrzeuge und Stromqualität in Privathaushalten – eine zweiwöchige Feldstudie
| Website | Wohneigentum – Bangkok, Thailand |
| Messdauer | Zwei Wochen kontinuierliche Feldmessung |
| Typ des EV-Ladegeräts | Einphasenniveau 2 AC-Ladegeräte (vorherrschendes Nutzungsmuster) |
| Spannungsunsymmetrie | Durchschnitt 0.535% · Gipfel 2.18% während des aktiven Ladens |
| Aktueller THD während des Ladevorgangs | 15–20 % – deutlicher Anstieg gegenüber dem Ausgangswert |
| Neutralstrom | Signifikant – angetrieben durch die Dominanz der einphasigen Belastung |
| Zustand der Infrastruktur | Nachgerüstet – ursprünglich nicht für das Laden von Elektrofahrzeugen konzipiert |
| Schlüsselfund | Das einphasige Laden von Elektrofahrzeugen führt zu Phasenungleichgewichten und Oberschwingungsinjektionen, für die die vorhandene Verkabelung in Privathaushalten nicht ausgelegt ist |
01 Kontext und Hintergrund
Die Einführung von Elektrofahrzeugen nimmt weltweit zu, Damit verbunden sind eine Reihe von Herausforderungen in Bezug auf die Stromqualität, für deren Bewältigung die meisten Verteilungsinfrastrukturen in Privathaushalten nie ausgelegt sind. Diese Feldstudie von Ngaopitakul (2025) an der Chulalongkorn-Universität untersucht die PQ-Auswirkungen des Einsatzes von Ladegeräten für Elektrofahrzeuge in einer echten Wohnanlage in Bangkok, Thailand – eine Stadt, in der die Einführung von Elektrofahrzeugen schneller voranschreitet als die Modernisierung der elektrischen Infrastruktur.[1]
Die Studie ist besonders relevant, da sie sich mit dem häufigsten realen Szenario befasst: Nachgerüstete Wohninfrastruktur mit einphasiger Ebene 2 Auf einzelnen Parkplätzen oder in Garagen installierte AC-Ladegeräte, ohne koordiniertes Lastmanagement. Hierbei handelt es sich nicht um eine speziell gebaute Elektrofahrzeuganlage mit ausgewogener dreiphasiger Aufladung und intelligenter Laststeuerung – es handelt sich um das bestehende elektrische System eines Wohngebäudes mit mehreren Wohneinheiten, das mit einer neuen Generation nichtlinearer Hochleistungslasten konfrontiert ist, die im ursprünglichen Entwurf nicht vorgesehen waren.
Die Herausforderung, die EV-Ladegeräte für Verteilungsnetze darstellen, unterscheidet sich von den industriellen Oberschwingungsproblemen, die den Großteil der PQ-Literatur dominieren. Industrielle Oberwellenquellen sind konzentriert, vorhersehbar, und oft Gegenstand von Versorgungsanschlussstudien. Es werden Ladegeräte für Privathaushalte verteilt, stochastisch, und an Punkten an das Niederspannungsnetz angeschlossen werden, die niemals für die Aufnahme erheblicher harmonischer oder unsymmetrischer Lasten ausgelegt sind. Ein Versorgungsingenieur, der Verteilungsmodernisierungen plant, benötigt Felddaten aus genau dieser Art von Umgebung.
02 Messmethodik
Am Stromverteiler der Wohnanlage wurde eine zweiwöchige kontinuierliche Feldmesskampagne durchgeführt. Die Messdauer ist wichtig: Das Ladeverhalten von Elektrofahrzeugen variiert je nach Tageszeit, Wochentag, und individuelle Bewohnermuster. Ein zweiwöchiger Datensatz erfasst die Variabilität, die bei einer eintägigen oder einzelnen Ereignismessung übersehen würde, und liefert eine statistisch aussagekräftige Charakterisierung der PQ-Auswirkungen unter realistischen Nutzungsbedingungen.[1]
Die folgenden Parameter wurden gemessen und analysiert:
- Profile laden – aktuelle Nachfrage im Vergleich zur Zeit, Lademuster aufdecken
- Strom- und Spannungswellenformen — Dreiphasige RMS-Werte und Wellenformerfassung während Ladevorgängen
- Phasensymmetrie — Verteilung der Ladelast auf die drei Phasen
- Harmonische Verzerrung — aktuelle THD-Analyse während des aktiven Ladevorgangs und zu Beginn
- Spannungsunsymmetrie — quantifiziert mit der Methode der maximalen Abweichung (KEINE Definition): maximale Abweichung einer beliebigen Phasenspannung vom dreiphasigen Mittelwert, geteilt durch den Mittelwert
- Neutralstrom – Größe und Wellenform während Ladevorgängen
In dieser Studie wurde die NEMA-Methode der maximalen Abweichung für Spannungsunsymmetrie verwendet, was nur Phasenspannungsgrößen erfordert. Die IEC-Methode für symmetrische Komponenten (Verhältnis der Gegensystemspannung zur Mitsystemspannung) ist strenger, erfordert jedoch Zeigermessungen. Für kleine Unwuchten unten ca 3%, Beide Methoden liefern ähnliche numerische Ergebnisse. Das Spitzenungleichgewicht von 2.18% Der in dieser Studie berichtete Wert käme dem EN nahe 50160 Grenze von 2% unter beiden Definitionen – was die Feststellung sowohl für die nordamerikanische als auch für die IEC-Praxis relevant macht.[2]
03 Wichtigste Erkenntnisse
Gemessene PQ-Parameter
| Parameter | Grundlinie (kein Aufladen) | Während des aktiven Ladens des Elektrofahrzeugs | Standardlimit | Status |
|---|---|---|---|---|
| Aktueller THD | Niedrig – normale Wohngrundlinie | 15–20 % | IEEE 519: 5–8 % TDD und LV PCC | ERHÖHT |
| Spannungsunsymmetrie (Durchschn) | Unten 0.5% | 0.535% Durchschnitt | IN 50160: ≤ 2% (95% der Woche) | Im Rahmen |
| Spannungsunsymmetrie (Gipfel) | Unten 0.5% | 2.18% Gipfel | IN 50160: ≤ 2% (95% der Woche) | AM GRENZWERT |
| Neutralstrom | Niedrig | Deutlich erhöht | Nicht direkt begrenzt – Größenrisiko | MONITOR |
| Symmetrie der Phasenbelastung | Annähernd ausgewogen | Einphasig dominant | Bei der Konstruktion wird von einer ausgewogenen Belastung ausgegangen | Unausgeglichen |
| Quelle: Ngaopitakkul (2025).[1] Zweiwöchige Feldmessung, Eigentumswohnung in Bangkok. Spannungsunsymmetrie nach der NEMA-Methode mit maximaler Abweichung. | ||||
Es dominiert das einphasige Laden – die Ursache des Unsymmetrieproblems
Der wichtigste Verhaltensbefund war, dass das einphasige Laden die beobachteten Nutzungsmuster vollständig dominierte. Die Bewohner nutzten einphasige Niveau 2 AC-Ladegeräte, verbunden mit der Phase, von der ihr Parkplatz gerade bedient wird – ohne phasenübergreifende Koordination. Das Ergebnis ist eine stark unausgeglichene Last, die davon abhängt, wie viele Bewohner gleichzeitig laden und in welcher Phase sie sich befinden.[1]
Dabei handelt es sich nicht um eine technologische Einschränkung von Ladegeräten für Elektrofahrzeuge – es gibt dreiphasige Ladegeräte, die die Last symmetrisch verteilen würden. Dies ist eine Folge davon, wie das Laden von Elektrofahrzeugen in Privathaushalten in der Praxis umgesetzt wird: einzelne Einheiten, einzelne Ladegeräte, Keine Koordination auf Systemebene, an einen beliebigen einphasigen Abzweig angeschlossen werden, der auf der Parkebene verfügbar ist.
Die elektrische Infrastruktur der Wohnanlage war ursprünglich nicht für das Laden von Elektrofahrzeugen ausgelegt. In sanierten Gebäuden, the effects of EV charging are often exacerbated by design limitations: neutral conductors sized for the pre-EV load, distribution panels without spare capacity, and wiring runs that were not engineered for the combination of high current magnitude and significant harmonic content. A building designed today with EV charging in mind would have a fundamentally different electrical architecture — three-phase chargers, managed charging systems, oversized neutrals, and a distribution capacity assessment that includes the EV load from the outset.
04 Technical Analysis
EV chargers as non-linear loads
EV on-board chargers use switched-mode power conversion — the AC supply is rectified and then regulated by a high-frequency switching converter to deliver the required DC current to the battery. Dies macht das Ladegerät für Elektrofahrzeuge zu einer nichtlinearen Last, die den Strom in Impulsen und nicht in einer Sinuskurve zieht, Einspeisung von Oberschwingungsströmen in das Versorgungsnetz. Die dominanten harmonischen Ordnungen hängen von der Wandlertopologie ab, aber drittens, fünfte, und siebte Harmonische sind typisch für einphasige Ladegeräte.[1]
Die aktuellen THD-Werte von 15–20 %, die während des Ladevorgangs gemessen wurden, stimmen mit veröffentlichten Daten für Wohngebiete überein 2 AC-Ladegeräte ohne aktive Leistungsfaktorkorrektur. Moderne Ladegeräte mit aktiven Front-End-PFC-Schaltkreisen können einen THD von unten erreichen 5%, Diese werden jedoch nicht einheitlich in der bestehenden Wohnbevölkerung mit Ladestationen für Elektrofahrzeuge eingesetzt.
Phasenungleichgewicht – die Folge des Neutralstroms
Wenn einphasige Lasten auf einer oder zwei Phasen dominieren, das Dreiphasensystem gerät ins Ungleichgewicht. In einem Vierleitersystem, Der Neutralleiter führt die Vektorsumme der drei Phasenströme – die unter ausgeglichenen Sinusbedingungen Null ist. Unter den in dieser Studie beobachteten unausgeglichenen einphasigen Ladebedingungen für Elektrofahrzeuge, Der Neutralstrom wurde signifikant, Dies führt zu einer thermischen Belastung eines Leiters, der für einen viel kleineren Strom ausgelegt ist. Dies ist der identische Mechanismus wie die dreifache harmonische neutrale Überlastung, die in Krankenhaus-PQ-Fallstudien diskutiert wird – eine andere Grundursache, Gleiche Konsequenz für den Neutralleiter.
Spannungsunsymmetrie – Spitze bei EN 50160 Limit
Die durchschnittliche Spannungsunsymmetrie von 0.535% liegt gut innerhalb der EN 50160 Grenze von 2%. Jedoch, der Höhepunkt von 2.18% bei gleichzeitigen Ladevorgängen auf derselben Phase nähert sich dem Grenzwert und überschreitet ihn vorübergehend. Für den Versorgungsingenieur, das ist wichtig: IN 50160 Die Einhaltung wird als 95.-Perzentil-Statistik über einen einwöchigen Beobachtungszeitraum bewertet – ein einzelnes Spitzenereignis an einem Abend stellt für sich genommen noch keine Nichteinhaltung dar. Aber es signalisiert, dass die Verbreitung von Elektrofahrzeugen im Gebäude zunimmt, Die Spitzenunwucht nimmt proportional zu, und die statistische Verteilung verschiebt sich in Richtung des Grenzwerts.
Eine einzelne Wohnanlage mit einem Dutzend Ladegeräten für Elektrofahrzeuge erzeugt eine Spitzenunsymmetrie in der Nähe des EN 50160 Limit. Eine Verteilereinspeisung, die zehn solcher Gebäude versorgt – was ein realistisches kurzfristiges Szenario in jedem städtischen Gebiet mit aktiver Einführung von Elektrofahrzeugen darstellt – könnte ein anhaltendes Ungleichgewicht erzeugen, das den Grenzwert auf der Ebene der NS-Einspeisung überschreitet, ohne dass ein einzelnes Gebäude gegen seine Anschlussbedingungen verstößt. Hierbei handelt es sich um ein PQ-Planungsproblem auf Netzwerkebene, das eine Überwachung auf Feeder-Ebene erfordert, nicht nur bei einzelnen Kundenanschlüssen.
05 Empfehlungen
Die Studie identifiziert die folgenden technischen Maßnahmen für EV-fähige Wohnsysteme:[1]
- Dreiphasige Ladegeräte für Elektrofahrzeuge — Verteilen Sie den Ladestrom symmetrisch auf alle drei Phasen, Beseitigung des einphasigen Ungleichgewichtsproblems an der Quelle. Geeignet für Neuinstallationen und größere Nachrüstungen
- Koordiniertes Lastmanagement (Intelligentes Laden) — Ladepläne steuern, um gleichzeitigen Spitzenbedarf in derselben Phase zu vermeiden, Spitzenstrom reduzieren, und ermöglichen eine Verwaltung der Nutzungsdauer. Erfordert ein Gebäudeenergiemanagementsystem und die Kommunikationsfähigkeit des Ladegeräts
- Planung der Phasenzuordnung — für einphasige Ladeinstallationen, Weisen Sie Ladegeräte bewusst wechselnden Phasen im Gebäude zu, um die Last auszugleichen. Erfordert eine Bestandsaufnahme der Phasenzuordnungen auf allen Parkplätzen
- Beurteilung des Neutralleiters — Überprüfung und Erweiterung der Neutralleiter dort, wo einphasige Ladelasten für Elektrofahrzeuge konzentriert sind. Der Neutralleiter in einem Gebäude vor der Einführung von Elektrofahrzeugen wurde für eine ausgeglichene Lastannahme dimensioniert, die nicht mehr gilt
- Aktive harmonische Filterung — wenn die Ladegerätegruppe nicht durch mit PFC ausgestattete Einheiten ersetzt werden kann, Ein zentraler aktiver Oberwellenfilter am Verteilerfeld kann den THD auf ein akzeptables Niveau reduzieren
- Studie zur Verteilungskapazität vor dem Einsatz – Jedes Wohngebäude, das das Laden von Elektrofahrzeugen ermöglicht, sollte vor der Installation von Ladegeräten eine Lastfluss- und PQ-Auswirkungsstudie durchführen, nicht, nachdem Probleme aufgetreten sind
Vor etwaigen Investitionsausgaben, Die unmittelbarste und kostengünstigste Abhilfemaßnahme ist die Phasenzuweisungsplanung. Die Prüfung, welche Parkplätze von welcher Phase bedient werden, und die bewusste Zuweisung neuer Ladeanschlüsse für Elektrofahrzeuge an die am wenigsten belastete Phase kostet nichts und reduziert direkt die Spitzenunsymmetrie. Das harmonische Problem wird dadurch nicht gelöst, Aber es bekämpft die Hauptursache für Neutralleiterstromüberlastung und Spannungsunsymmetrie ohne Kapitalkosten.
06 Perspektive der Stromqualität
Diese Fallstudie stellt eine Klasse von PQ-Problemen dar, deren Häufigkeit und Schwere im Laufe des nächsten Jahrzehnts nur noch zunehmen wird: die Nachrüstung neuer nichtlinearer Hochleistungslasten in der Verteilungsinfrastruktur, die für ein völlig anderes Lastprofil ausgelegt war. EV-Ladegeräte, Wärmepumpen, and battery storage systems are all being connected to residential and commercial buildings whose electrical systems were designed for incandescent lighting, resistive heating, and linear motor loads.
From a utility distribution planning perspective, the most important finding in this study is not the individual building numbers — 15–20% THD, 2.18% peak unbalance. These are manageable at a single-building scale. The planning concern is the aggregate: when a significant fraction of homes and condominiums on the same LV feeder deploy single-phase EV chargers with uncoordinated charging, the feeder-level unbalance and harmonic distortion can reach levels that affect all customers on the feeder, not only the EV charging buildings.
Versorgungsingenieure, die ihre Karriere damit verbracht haben, Oberschwingungen von Industrielasten und Kondensatorschalttransienten von Verteilereinspeisungen zu verwalten, stehen nun vor einer verteilten Lösung, Eine Version des gleichen Problems im Privatbereich – verstärkt durch die Geschwindigkeit der Einführung von Elektrofahrzeugen und das Fehlen einer für den Versorgungsbetrieb sichtbaren Messung auf der Ebene der einzelnen Ladegeräte. Die traditionelle PQ-Toolbox für Versorgungsunternehmen – PCC-Messungen, IEEE 519 Compliance-Studien, Harmonische Filterspezifikationen für große Industriekunden – wurde nicht für Millionen von Kunden entwickelt 7 kW-Wohnlasten, die über das Niederspannungsnetz verteilt sind. Neue Überwachungsstrategien, neue Planungstools, und neue Anschlussbedingungen für das Laden von Elektrofahrzeugen in Privathaushalten befinden sich alle in der aktiven Entwicklung. Diese Feldstudie aus Bangkok ist ein Datenpunkt in einem Datensatz, den die Branche dringend aufbauen muss.
Referenzen
- Ngaopitakul A. “Bewertung der Auswirkungen von Ladegeräten für Elektrofahrzeuge auf die Strominfrastruktur von Wohngebäuden.” Angewandte Wissenschaften, Flug. 15, KEIN. 11, p. 5997, 2025. DOI: 10.3390/app15115997. Open Access unter CC BY 3.0.
- IN 50160:2010+A3:2019. Spannungseigenschaften des von öffentlichen Stromnetzen gelieferten Stroms. CENELEC, Brüssel.
- IEEE Std 519-2022. IEEE-Standard für harmonische Kontrolle in elektrischen Energiesystemen. IEEE, New York, NY, 2022.
- KEIN MG-1-2021. Motoren und Generatoren – Definition der Spannungsunsymmetrie. Nationaler Verband der Elektrohersteller, Rosslyn, VA.
Ngaopitakul A. “Bewertung der Auswirkungen von Ladegeräten für Elektrofahrzeuge auf die Strominfrastruktur von Wohngebäuden.” Angewandte Wissenschaften, 15(11), 5997, 2025.
DOI: 10.3390/app15115997 · Lesen Sie den Originalartikel bei MDPI →
Open Access veröffentlicht unter CC BY 3.0. Diese Fallstudie wird in zusammenfassender und kommentierender Form präsentiert. Der Abschnitt „PQ-Perspektive“. (Abschnitt 6) ist der ursprüngliche IPQDF-Redaktionskommentar von Denis Ruest, M.Sc. (Angewandt), P.Eng. (im Ruhestand). IPQDF erhebt keinen Anspruch auf die Urheberschaft der ursprünglichen Forschung.