Protección contra sobrecargas de carga EV, cargador de vehículos eléctricos SPD

Protección contra sobrecargas de carga EV

Carga EV: deseño de instalación eléctrica

A carga de vehículos eléctricos é unha nova carga para instalacións eléctricas de baixa tensión que poden presentar algúns desafíos.

Os requisitos específicos de seguridade e deseño ofrécense na IEC 60364 Instalacións eléctricas de baixa tensión - Parte 7-722: Requisitos para instalacións ou lugares especiais - Subministracións para vehículos eléctricos.

A figura EV21 ofrece unha visión xeral do ámbito de aplicación da IEC 60364 para os distintos modos de carga EV.

[a] no caso de estacións de carga situadas na rúa, a "configuración de instalación privada de BT" é mínima, pero o IEC60364-7-722 aínda se aplica desde o punto de conexión de utilidade ata o punto de conexión EV.

Fig. EV21 - Ámbito de aplicación da norma IEC 60364-7-722, que define os requisitos específicos á hora de integrar unha infraestrutura de carga EV en instalacións eléctricas BT ou novas ou existentes.

Tamén hai que ter en conta que o cumprimento da norma IEC 60364-7-722 fai obrigatorio que os distintos compoñentes da instalación de carga EV cumpran plenamente as normas de produto IEC relacionadas. Por exemplo (non exhaustivo):

A estación de carga EV (modos 3 e 4) cumprirá coas partes adecuadas da serie IEC 61851.
Os dispositivos de corrente residual (RCD) deberán cumprir unha das seguintes normas: IEC 61008-1, IEC 61009-1, IEC 60947-2 ou IEC 62423.
RDC-DD cumprirá coa IEC 62955
O dispositivo de protección contra sobrecorriente cumprirá coa IEC 60947-2, IEC 60947-6-2 ou IEC 61009-1 ou coas partes relevantes da serie IEC 60898 ou da serie IEC 60269.
Cando o punto de conexión sexa unha toma de corrente ou un conector de vehículo, cumprirá con IEC 60309-1 ou IEC 62196-1 (cando non se requira intercambiabilidade) ou IEC 60309-2, IEC 62196-2, IEC 62196-3 ou IEC TS 62196-4 (onde se require intercambiabilidade) ou a norma nacional para tomas de corrente, sempre que a corrente nominal non supere os 16 A.

Impacto da carga EV na demanda máxima de potencia e no tamaño do equipo
Como se indica no IEC 60364-7-722.311, “Considerarase que, no uso normal, cada punto de conexión único se usa á súa corrente nominal ou á corrente máxima de carga configurada da estación de carga. Os medios para configurar a intensidade máxima de carga só se farán empregando unha chave ou unha ferramenta e só serán accesibles a persoas cualificadas ou instruídas. "

O dimensionamento do circuíto que fornece un punto de conexión (modo 1 e 2) ou unha estación de carga EV (modo 3 e 4) debería facerse de acordo coa intensidade de carga máxima (ou cun valor inferior, sempre que a configuración deste valor non sexa accesible para persoas non cualificadas).

Fig. EV22: exemplos de correntes de tamaño comúns para o modo 1, 2 e 3

características	Modo de carga
características	Modo 1 e 2	modo 3
Equipos para dimensionar circuítos	Toma de corrente estándar	3.7 kW monofásico	7 kW monofásico	11 kW tres fases	22 kW tres fases
Corrente máxima a considerar @ 230 / 400Vac	16A P + N	16A P + N	32A P + N	16A P + N	32A P + N

IEC 60364-7-722.311 tamén afirma que "Dado que todos os puntos de conexión da instalación poden usarse simultaneamente, o factor de diversidade do circuíto de distribución considerarase igual a 1 a menos que se inclúa un control de carga no equipamento de subministración EV ou se instale río arriba, ou unha combinación de ambos. "

O factor de diversidade a ter en conta para varios cargadores EV en paralelo é igual a 1 a menos que se use un sistema de xestión de carga (LMS) para controlar estes cargadores EV.

Por iso, é moi recomendable a instalación dun LMS para controlar o EVSE: impide sobredimensionar, optimiza os custos da infraestrutura eléctrica e reduce os custos operativos evitando picos de demanda de enerxía. Consulte Arquitecturas eléctricas de carga EV para ver un exemplo de arquitectura con e sen LMS, que ilustra a optimización obtida na instalación eléctrica. Consulte a carga EV - arquitecturas dixitais para obter máis detalles sobre as diferentes variantes de LMS e as oportunidades adicionais posibles coa análise baseada na nube e a supervisión da carga EV. E comprobe as perspectivas de carga intelixente para unha integración óptima de EV para as perspectivas de carga intelixente.

Disposición de condutores e sistemas de posta a terra

Como se indica no IEC 60364-7-722 (cláusulas 314.01 e 312.2.1):

Deberase proporcionar un circuíto dedicado para a transferencia de enerxía desde / ao vehículo eléctrico.
Nun sistema de terra TN, un circuíto que fornece un punto de conexión non incluirá un condutor PEN

Tamén se debe verificar se os coches eléctricos que utilizan as estacións de carga teñen limitacións relacionadas con sistemas específicos de posta a terra: por exemplo, certos coches non se poden conectar en modo 1, 2 e 3 no sistema de toma de terra de IT (exemplo: Renault Zoe).

A normativa nalgúns países pode incluír requisitos adicionais relacionados cos sistemas de posta a terra e a supervisión da continuidade do PEN. Exemplo: o caso da rede TNC-TN-S (PME) no Reino Unido. Para cumprir con BS 7671, no caso de rotura PEN ascendente, debe instalarse unha protección complementaria baseada na monitorización de tensión se non hai un electrodo de terra local.

Protección contra descargas eléctricas

As aplicacións de carga EV aumentan o risco de descarga eléctrica por varias razóns:

Tapóns: risco de descontinuidade do condutor de terra de protección (PE).
Cable: risco de danos mecánicos ao illamento do cable (esmagamento por rodadura de pneumáticos de vehículos, operacións repetidas ...)
Coche eléctrico: risco de acceso a partes activas do cargador (clase 1) no coche como consecuencia da destrución da protección básica (accidentes, mantemento do coche, etc.)
Ambientes húmidos ou de auga salgada (neve na entrada de vehículos eléctricos, choiva ...)

Para ter en conta estes maiores riscos, IEC 60364-7-722 afirma que:

É necesaria unha protección adicional cun RCD 30mA
Non está permitida a medida de protección "colocando fóra do alcance", segundo IEC 60364-4-41 anexo B2
Non se permiten medidas especiais de protección segundo IEC 60364-4-41 anexo C
A separación eléctrica para a subministración dun equipo de consumo de corrente acéptase como medida de protección cun transformador illante conforme a IEC 61558-2-4, e a tensión do circuíto separado non excederá de 500 V. Este é o que se usa habitualmente. solución para o modo 4.

Protección contra descargas eléctricas por desconexión automática do subministro

Os parágrafos seguintes fornecen os requisitos detallados da norma IEC 60364-7-722: 2018 (baseada nas cláusulas 411.3.3, 531.2.101 e 531.2.1.1, etc.).

Cada punto de conexión de CA estará protexido individualmente por un dispositivo de corrente residual (RCD) cunha potencia nominal de corrente residual que non exceda de 30 mA.

Os RCDs que protexan cada punto de conexión segundo 722.411.3.3 cumprirán polo menos os requisitos dun RCD tipo A e terán unha corrente de funcionamento residual nominal non superior a 30 mA.

Cando a estación de carga EV estea equipada cunha toma de corrente ou conector de vehículo que cumpra a IEC 62196 (todas as pezas - "Enchufes, tomas de corrente, conectores e entradas de vehículos - Carga condutiva de vehículos eléctricos"), medidas de protección contra fallos de corrente continua tomarase corrente, excepto cando a estación de carga EV o proporcione.

As medidas adecuadas para cada punto de conexión serán as seguintes:

O uso dun RCD tipo B ou
O uso dun RCD tipo A (ou F) xunto cun dispositivo de detección de corrente continua residual (RDC-DD) que cumpre coa IEC 62955

Os RCD cumprirán unha das seguintes normas: IEC 61008-1, IEC 61009-1, IEC 60947-2 ou IEC 62423.

Os RCD desconectarán todos os condutores en directo.

As figuras EV23 e EV24 a continuación resumen estes requisitos.

Fig. EV23 - As dúas solucións para a protección contra descargas eléctricas (estacións de carga EV, modo 3)

Fig. EV24 - Síntese do requisito IEC 60364-7-722 para protección adicional contra descargas eléctricas por desconexión automática da alimentación con RCD 30mA

Modo 1 e 2

modo 3

modo 4

RCD 30mA tipo A.

RCD 30mA tipo B ou

RCD 30mA tipo A + 6mA RDC-DD, ou

RCD 30mA tipo F + 6mA RDC-DD

Non aplicable

(sen punto de conexión CA e separación eléctrica)

Notas:

o RCD ou o equipo adecuado que garante a desconexión da subministración en caso de fallo de CC pódese instalar dentro da estación de carga de EV, no cadro ascendente ou en ambos os lugares.
Requírense tipos RCD específicos como se ilustra anteriormente porque o convertedor AC / DC incluído nos coches eléctricos e usado para cargar a batería pode xerar unha fuga de corrente continua.

Cal é a opción preferida, RCD tipo B ou RCD tipo A / F + RDC-DD 6 mA?

Os principais criterios para comparar estas dúas solucións son o impacto potencial noutros RCD na instalación eléctrica (risco de cegamento) e a continuidade esperada do servizo de carga de EV, como se mostra na figura EV25.

Fig. EV25 - Comparación de solucións RCD tipo B e RCD tipo A + RDC-DD 6mA

Criterios de comparación	Tipo de protección empregado no circuíto EV
Criterios de comparación	RCD tipo B	RCD tipo A (ou F) + RDC-DD 6 mA
Número máximo de puntos de conexión EV augas abaixo dun RCD tipo A para evitar o risco de cegamento	0^[A] (non é posible)	Máximo 1 punto de conexión EV^[A]
Continuidade do servizo dos puntos de carga EV	OK A corrente de fuga continua que leva ao disparo é de [15 mA ... 60 mA]	Non recomendado A corrente de fuga continua que leva ao disparo é de [3 mA ... 6 mA] En ambientes húmidos ou debido ao envellecemento do illamento, é probable que esta corrente de fuga aumente ata 5 ou 7 mA e poida provocar tropezos molestos.

Estas limitacións baséanse na corrente máxima DC aceptable polos RCD de tipo A segundo as normas IEC 61008/61009. Consulte o seguinte parágrafo para obter máis detalles sobre o risco de cegamento e para obter solucións que minimicen o impacto e optimicen a instalación.

Importante: estas son as dúas únicas solucións que cumpren a norma IEC 60364-7-722 para a protección contra descargas eléctricas. Algúns fabricantes de EVSE afirman ofrecer "dispositivos de protección integrados" ou "protección integrada". Para saber máis sobre os riscos e seleccionar unha solución de carga segura, consulte o Libro branco titulado Medidas de seguridade para a carga de vehículos eléctricos

Como implementar a protección das persoas durante toda a instalación a pesar da presenza de cargas que xeran correntes de fuga de corrente continua

Os cargadores EV inclúen conversores AC / DC, que poden xerar corrente de fuga CC. Esta corrente de fuga CC é deixada pasar pola protección RCD do circuíto EV (ou RCD + RDC-DD), ata alcanzar o valor de disparo RCD / RDC-DD DC.

A corrente continua máxima que pode circular polo circuíto EV sen dispararse é:

60 mA para 30 mA RCD tipo B (2 * IΔn segundo IEC 62423)
6 mA para 30 mA RCD tipo A (ou F) + 6 mA RDC-DD (segundo IEC 62955)

Por que esta corrente de fuga CC pode ser un problema para outros RCD da instalación

Os outros RCD da instalación eléctrica poden "ver" esta corrente continua, como se mostra na figura EV26:

Os RCD de arriba verán o 100% da corrente de fuga CC, calquera que sexa o sistema de toma de terra (TN, TT)
Os RCD instalados en paralelo só verán unha parte desta corrente, só para o sistema de posta a terra TT e só cando se produce un fallo no circuíto que protexen. No sistema de posta a terra TN, a corrente de fuga de CC que pasa polo RCD tipo B flúe cara atrás polo condutor PE e, polo tanto, non pode ser vista polos RCD en paralelo.

Fig. EV26: os RCD en serie ou en paralelo son afectados pola corrente de fuga continua que deixa pasar o RCD tipo B

Os RCD distintos do tipo B non están deseñados para funcionar correctamente en presenza de corrente de fuga continua e quizais "cegados" se esta corrente é demasiado alta: o seu núcleo será preimantado por esta corrente continua e pode volverse insensible á falla de CA actual, por exemplo, o RCD deixará de dispararse en caso de fallo de CA (situación potencialmente perigosa). Ás veces chámase "cegueira", "cegueira" ou desensibilización dos RCD.

As normas IEC definen a compensación de CC (máxima) usada para probar o correcto funcionamento dos diferentes tipos de RCD:

10 mA para o tipo F,
6 mA para o tipo A.
e 0 mA para o tipo AC.

É dicir, tendo en conta as características dos RCD definidos polas normas IEC:

Os RCD tipo AC non se poden instalar augas arriba de ningunha estación de carga EV, independentemente da opción EV RCD (tipo B ou tipo A + RDC-DD)
Os RCD tipo A ou F pódense instalar augas arriba dun máximo dunha estación de carga EV e só se esta estación de carga EV está protexida por un RCD tipo A (ou F) + 6 mA RCD-DD

A solución RDC-DD de tipo A / F + 6mA RCD ten menos impacto (menos efecto intermitente) ao seleccionar outros RCD, con todo, tamén é moi limitado na práctica, como se mostra na figura EV27.

Fig. EV27 - Máxima estación EV protexida por RCD tipo A / F + 6mA RDC-DD pódese instalar augas abaixo dos RCD tipo A e F

Recomendacións para garantir o correcto funcionamento dos RCD na instalación

Algunhas solucións posibles para minimizar o impacto dos circuítos EV noutros RCD da instalación eléctrica:

Conecte os circuítos de carga EV o máis alto posible na arquitectura eléctrica, de xeito que estean en paralelo a outros RCD, para reducir significativamente o risco de cegamento
Use un sistema TN se é posible, xa que non hai ningún efecto cegador nos RCD en paralelo
Tampouco para RCDs arriba dos circuítos de carga EV

seleccione RCD tipo B, a non ser que teña só un cargador EV que use o tipo A + 1mA RDC-DDor

seleccionar RCD non tipo B que estean deseñados para soportar valores de corrente continua máis alá dos valores especificados requiridos polas normas IEC, sen afectar o seu rendemento de protección AC. Un exemplo, coas gamas de produtos Schneider Electric: os RCD Acti9 300 mA tipo A poden funcionar sen efecto cegador augas arriba ata 4 circuítos de carga EV protexidos por RCD tipo B de 30 mA. Para máis información, consulte a guía de protección de fallos da terra eléctrica XXXX que inclúe táboas de selección e selectores dixitais.

Tamén podes atopar máis detalles no capítulo F - Selección de RCD en presenza de correntes de fuga de corrente continua (tamén aplicable a escenarios distintos da carga EV).

Exemplos de diagramas eléctricos de carga EV

Abaixo amósanse dous exemplos de diagramas eléctricos para circuítos de carga EV no modo 3, que cumpren coa IEC 60364-7-722.

Fig. EV28 - Exemplo de diagrama eléctrico para unha estación de carga no modo 3 (@home - aplicación residencial)

Un circuíto dedicado á carga EV, con protección contra sobrecarga de 40A MCB
Protección contra descargas eléctricas cun RCD 30mA tipo B (tamén se pode usar un RCD 30mA tipo A / F + RDC-DD 6mA)
O RCD ascendente é un RCD tipo A. Isto só é posible debido ás características melloradas deste RCD eléctrico XXXX: non hai risco de cegamento pola corrente de fuga que deixa pasar o RCD tipo B
Tamén integra o dispositivo de protección contra sobretensións (recomendado)

Fig. EV29 - Exemplo de diagrama eléctrico para unha estación de carga (modo 3) con 2 puntos de conexión (aplicación comercial, aparcamento ...)

Cada punto de conexión ten o seu propio circuíto dedicado
Protección contra descargas eléctricas por 30 mA RCD tipo B, un por cada punto de conexión (tamén se pode usar 30 mA RCD tipo A / F + RDC-DD 6 mA)
Na estación de carga pódense instalar protección contra sobretensión e RCD tipo B. Nese caso, a estación de carga podería alimentarse desde a centralita cun único circuíto de 63A
iMNx: algunhas normativas do país poden requirir o cambio de emerxencia para EVSE en áreas públicas
Non se amosa a protección contra sobretensións. Pódese engadir á estación de carga ou no cadro ascendente (dependendo da distancia entre o cadro e a estación de carga)

Protección contra sobretensións transitorias

A onda de enerxía xerada por un raio preto dunha rede eléctrica propágase á rede sen sufrir ningunha atenuación significativa. Como resultado, a sobretensión que pode aparecer nunha instalación de BT pode superar os niveis aceptables de tensión de resistencia recomendados polas normas IEC 60664-1 e IEC 60364. O vehículo eléctrico, ao estar deseñado cunha categoría de sobretensión II segundo IEC 17409, debería, polo tanto, protexerse contra sobretensións que poidan superar os 2.5 kV.

Como consecuencia, IEC 60364-7-722 require que o EVSE instalado en lugares accesibles ao público estea protexido contra sobretensións transitorias. Isto garántese mediante o uso dun dispositivo de protección contra sobretensións tipo 1 ou tipo 2 (SPD), conforme á IEC 61643-11, instalado no cadro de subministración do vehículo eléctrico ou directamente dentro do EVSE, cun nivel de protección superior a ≤ 2.5 kV.

Protección contra sobretensións mediante unión equipotencial

A primeira protección que se pon en marcha é un medio (condutor) que garante a unión equipotencial entre todas as partes condutoras da instalación EV.

O obxectivo é unir todos os condutores a terra e as pezas metálicas para crear igual potencial en todos os puntos do sistema instalado.

Protección contra sobretensións para EVSE interior - sen sistema de protección contra raios (LPS) - acceso público

O IEC 60364-7-722 require protección contra sobretensións transitorias para todas as localizacións con acceso público. Pódense aplicar as regras habituais para seleccionar os SPD (ver capítulo J - Protección contra sobretensións).

Fig. EV30 - Protección contra sobretensións para EVSE interior - sen sistema de protección contra raios (LPS) - acceso público

Cando o edificio non estea protexido por un sistema de protección contra raios:

Requírese un SPD tipo 2 no cadro principal de baixa tensión (MLVS)
Cada EVSE fornécese cun circuíto dedicado.
Requírese un SPD tipo 2 adicional en cada EVSE, excepto se a distancia do panel principal ao EVSE é inferior a 10 m.
Tamén se recomenda un SPD tipo 3 para o sistema de xestión de carga (LMS) como equipo electrónico sensible. Este SPD de tipo 3 ten que instalarse augas abaixo dun SPD de tipo 2 (que normalmente se recomenda ou esixe na centralita onde está instalado o LMS).

Protección contra sobretensións para EVSE interior - instalación mediante busway - sen sistema de protección contra raios (LPS) - acceso público

Este exemplo é similar ao anterior, excepto que se usa unha vía de bus (sistema de canalización de barras) para distribuír a enerxía ao EVSE.

Fig. EV31 - Protección contra sobretensións para EVSE interior - sen sistema de protección contra raios (LPS) - instalación mediante busway - acceso público

Neste caso, como se mostra na figura EV31:

Requírese un SPD tipo 2 no cadro principal de baixa tensión (MLVS)
Os EVSE fornécense desde a vía de autobuses e os SPD (se son necesarios) están instalados dentro das caixas de conexión da vía de autobuses
Requírese un SPD tipo 2 adicional no primeiro saínte da vía de autobuses que alimenta un EVSE (xa que xeralmente a distancia ao MLVS é superior a 10 m). Os seguintes EVSE tamén están protexidos por este SPD se están a menos de 10 m
Se este SPD adicional de tipo 2 ten Up <1.25kV (en I (8/20) = 5kA), non é necesario engadir ningún SPD na vía de autobuses: todos os EVSE seguintes están protexidos.
Tamén se recomenda un SPD tipo 3 para o sistema de xestión de carga (LMS) como equipo electrónico sensible. Este SPD de tipo 3 ten que instalarse augas abaixo dun SPD de tipo 2 (que normalmente se recomenda ou esixe na centralita onde está instalado o LMS).

Protección contra sobretensións para EVSE interior - con sistema de protección contra raios (LPS) - acceso público

Fig. EV32 - Protección contra sobretensións para EVSE interior - con sistema de protección contra raios (LPS) - acceso público

Cando o edificio está protexido por un sistema de protección contra raios (LPS):

Requírese un SPD tipo 1 + 2 no cadro principal de baixa tensión (MLVS)
Cada EVSE fornécese cun circuíto dedicado.
Requírese un SPD tipo 2 adicional en cada EVSE, excepto se a distancia do panel principal ao EVSE é inferior a 10 m.
Tamén se recomenda un SPD tipo 3 para o sistema de xestión de carga (LMS) como equipo electrónico sensible. Este SPD de tipo 3 ten que instalarse augas abaixo dun SPD de tipo 2 (que normalmente se recomenda ou esixe na centralita onde está instalado o LMS).

Nota: se usa un bus para a distribución, aplique as regras mostradas no exemplo sen LTS, excepto o SPD no MLVS = use un SPD Tipo 1 + 2 e non un Tipo 2, por mor do LPS.

Protección contra sobretensións para EVSE exterior - sen sistema de protección contra raios (LPS) - acceso público

Fig. EV33 - Protección contra sobretensións para EVSE exterior - sen sistema de protección contra raios (LPS) - acceso público

Neste exemplo:

Requírese un SPD tipo 2 no cadro principal de baixa tensión (MLVS)
Requírese un SPD adicional de tipo 2 no subpanel (distancia xeralmente> 10m ao MLVS)

Ademáis:

Cando o EVSE está ligado á estrutura do edificio:
utilizar a rede equipotencial do edificio
se o EVSE está a menos de 10 m do sub-panel ou se o SPD tipo 2 instalado no sub-panel ten Up <1.25kV (en I (8/20) = 5kA), non hai necesidade de SPD adicionais en o EVSE

Cando o EVSE estea instalado nunha zona de aparcamento e se subministre cunha liña eléctrica subterránea:

cada EVSE estará equipado cunha barra de posta a terra.
cada EVSE estará conectado a unha rede equipotencial. Esta rede tamén debe estar conectada á rede equipotencial do edificio.
instale un SPD tipo 2 en cada EVSE
Tamén se recomenda un SPD tipo 3 para o sistema de xestión de carga (LMS) como equipo electrónico sensible. Este SPD de tipo 3 ten que instalarse augas abaixo dun SPD de tipo 2 (que normalmente se recomenda ou esixe na centralita onde está instalado o LMS).

Protección contra sobretensións para EVSE exterior - con sistema de protección contra raios (LPS) - acceso público

Fig. EV34 - Protección contra sobretensións para EVSE exterior - con sistema de protección contra raios (LPS) - acceso público

O edificio principal está equipado cun pararraios (sistema de protección contra raios) para protexer o edificio.

Neste caso:

Requírese un SPD tipo 1 no cadro principal de baixa tensión (MLVS)
Requírese un SPD adicional de tipo 2 no subpanel (distancia xeralmente> 10m ao MLVS)

Ademáis:

Cando o EVSE está ligado á estrutura do edificio:

utilizar a rede equipotencial do edificio
se o EVSE está a menos de 10 m do sub-panel ou se o SPD tipo 2 instalado no sub-panel ten Up <1.25kV (en I (8/20) = 5kA), non é necesario engadir SPD adicionais no EVSE

Cando o EVSE estea instalado nunha zona de aparcamento e se subministre cunha liña eléctrica subterránea:

cada EVSE estará equipado cunha barra de posta a terra.
cada EVSE estará conectado a unha rede equipotencial. Esta rede tamén debe estar conectada á rede equipotencial do edificio.
instale un SPD tipo 1 + 2 en cada EVSE

Tamén se recomenda un SPD tipo 3 para o sistema de xestión de carga (LMS) como equipo electrónico sensible. Este SPD de tipo 3 ten que instalarse augas abaixo dun SPD de tipo 2 (que normalmente se recomenda ou esixe na centralita onde está instalado o LMS).

Protección contra sobretensións de carga EV