2 GERMAN LOW VOLTAGE DC STANDARDIZATION ROADMAP 3
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VDE ASSOCIATION FOR ELECTRICAL, ELECTRONIC
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Published: February 2016
Table of contents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3
1 PREFACE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8
1.1 Introduction an background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
1.2 Added value through standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
1.3 Motivation and need for action in LVDC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
1.3.1 Advantages of AC over DC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
1.3.2 Advantages of DC over AC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
1.3.3 AC and DC conversion processes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
2 TERMINOLOGY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
2.1 Low Voltage Direct Current (LVDC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
2.2 Conformity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
2.3 Interoperability. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
2.4 Compatibility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
2.5 Use cases and user stories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
3 NORM AND STANDARDS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16
3.1 Norms. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16
3.2 Standardization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17
3.3 Structure of the standardization landscape . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
3.3.1 DIN, CEN and ISO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19
3.3.2 DKE, CENELEC and IEC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20
3.4 National and international activities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20
3.5 German standardization roadmaps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21
TABLE OF CONTENTS
4 GERMAN LOW VOLTAGE DC STANDARDIZATION ROADMAP 5
3.5.1 Electromobility Mobility Standardization Roadmap, Version 3.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21
3.5.2 E-Energy/Smart Grid Standardization Roadmap Version 2.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22
3.5.3 Smart Home + Building Standardization Roadmap Version 2.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24
3.5.4 AAL (Active Assisted Living) Standardization Roadmap Version 2.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25
4 ECONOMIC AN LEGAL FRAMEWORK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27
4.1 Market . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27
4.1.1 LVDC as a solution for societal challenges. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27
4.1.2 The variety of industries and domains in the LVDC market. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27
4.2 Legal framework and stipulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29
4.2.1 Energy Industry Act - EnWG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29
4.2.2 Low Voltage Connection Ordinance (NAV). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30
4.2.3 Low Voltage Directive (LVD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30
4.2.4 EMC Directive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30
4.3 Health and safety (safety requirements, documentation) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31
4.4 Insurance industry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31
5 PROTECTION OBJECTIVES AN PROTECTION CONCEPTS . . . . . . . . . . . . . . .32
5.1 Safety . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32
5.2 Risk of injury from direct current and protection against electric shock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32
5.2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32
5.2.2 Effects of electric direct currents on humans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33
5.2.3 Results of the DCSich project and areas of further research . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35
5.3 Overvoltage protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36
5.4 Functional safety at the system level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37
5.4.1 What is meant by functional safety . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37
5.4.2 The electrical installation system. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38
5.4.3 Normative references . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38
5.4.4 Terms used in DIN EN 61140 (VDE 0140-1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39
5.4.5 Supplementary protection according to DIN EN 61140 (VDE 0140-1) and DIN VDE 0100-410 . . . . . . . . . . .40
5.4.6 Functional safety of electrical installations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42
5.4.7 Assessment of functional safety based on DIN EN 50495 (VDE 0170-18) for circuit protection devices or
protection functions integrated in equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43
5.5 Risks from DC arcs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45
5.6 Testing and operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46
6 BASIC ELEMENTS FOR SAFETY AND OPERATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47
6.1 Basic protection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47
6.2 Fault protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47
6.3 Supplementary protection (e.g. from direct contact) to the same evel as AC only up to 200 V DC to earth . . . . .48
6.4 Fire and property protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49
6.5 Protection against thermal effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49
6.6 Corrosion protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51
6.7 Lightning and overvoltage protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52
6.8 Arc detection and quenching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56
6.9 Shut-off conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56
6.10 Insulation coordination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57
6.11 Device coordinati
