EV充電サージ保護
EV充電–電気設備設計
電気自動車の充電は、いくつかの課題を提示する可能性のある低電圧電気設備の新しい負荷です。
安全性と設計に関する特定の要件は、IEC 60364低電圧電気設備–パート7-722:特別な設備または場所の要件–電気自動車の備品に記載されています。
図EV21は、さまざまなEV充電モードに対するIEC60364の適用範囲の概要を示しています。
[a]路上に設置された充電ステーションの場合、「プライベートLV設置セットアップ」は最小限ですが、IEC60364-7-722は、ユーティリティ接続ポイントからEV接続ポイントまで適用されます。
図EV21– IEC 60364-7-722規格の適用範囲。これは、EV充電インフラストラクチャを新規または既存のLV電気設備に統合する際の特定の要件を定義します。
また、IEC 60364-7-722に準拠しているため、EV充電設備のさまざまなコンポーネントが関連するIEC製品規格に完全に準拠している必要があることにも注意してください。 例(網羅的ではありません):
- EV充電ステーション(モード3および4)は、IEC61851シリーズの適切な部品に準拠する必要があります。
- 残留電流デバイス(RCD)は、IEC 61008-1、IEC 61009-1、IEC 60947-2、またはIEC62423のいずれかの規格に準拠する必要があります。
- RDC-DDはIEC62955に準拠するものとします
- 過電流保護装置は、IEC 60947-2、IEC 60947-6-2、IEC 61009-1、またはIEC60898シリーズまたはIEC60269シリーズの関連部品に準拠する必要があります。
- 接続ポイントがコンセントまたは車両コネクタである場合、IEC60309-1またはIEC62196-1(互換性が不要な場合)、またはIEC 60309-2、IEC 62196-2、IEC62196-3に準拠する必要があります。またはIECTS 62196-4(互換性が必要な場合)、または定格電流が16 Aを超えない場合は、コンセントの国内規格。
EV充電が最大電力需要と機器のサイジングに与える影響
IEC 60364-7-722.311に記載されているように、「通常の使用では、各単一接続ポイントは、その定格電流または充電ステーションの構成された最大充電電流で使用されると見なされます。 最大充電電流を構成するための手段は、キーまたはツールを使用することによってのみ作成され、熟練した人または指示された人だけがアクセスできるものとします。」
1つの接続ポイント(モード2および3)または4つのEV充電ステーション(モードXNUMXおよびXNUMX)に供給する回路のサイズ設定は、最大充電電流(または、この値の構成にアクセスできない場合はそれより低い値)に従って行う必要があります。非熟練者)。
図EV22–モード1、2、および3の一般的なサイジング電流の例
特性 | 充電モード | ||||
モード1&2 | モード3 | ||||
回路サイジングのための機器 | 標準コンセント | 3.7kW 単相 | 7kW 単相 | 11kW 三相 | 22kW 三相 |
考慮すべき最大電流@ 230 / 400Vac | 16A P + N | 16A P + N | 32A P + N | 16A P + N | 32A P + N |
IEC 60364-7-722.311には、「設備のすべての接続ポイントを同時に使用できるため、負荷制御がEV供給装置に含まれているか、設置されていない限り、配電回路の不等率は1に等しいと見なされます。アップストリーム、または両方の組み合わせ。」
負荷管理システム(LMS)を使用してこれらのEV充電器を制御しない限り、複数のEV充電器を並行して考慮する不等率は1に等しくなります。
したがって、EVSEを制御するためにLMSを設置することを強くお勧めします。これは、大型化を防ぎ、電気インフラストラクチャのコストを最適化し、電力需要のピークを回避することで運用コストを削減します。 LMSを使用する場合と使用しない場合のアーキテクチャの例については、EV充電-電気アーキテクチャを参照してください。これは、電気設備で得られる最適化を示しています。 LMSのさまざまなバリエーションの詳細、およびEV充電のクラウドベースの分析と監視で可能な追加の機会については、EV充電–デジタルアーキテクチャを参照してください。 また、スマート充電の観点から最適なEV統合については、スマート充電の観点を確認してください。
導体の配置と接地システム
IEC 60364-7-722(条項314.01および312.2.1)に記載されているように:
- 電気自動車との間でエネルギーを伝達するための専用回路を設ける必要があります。
- TN接地システムでは、接続点に供給する回路にPEN導体を含めないでください。
また、充電ステーションを使用する電気自動車に特定の接地システムに関連する制限があるかどうかを確認する必要があります。たとえば、IT接地システムのモード1、2、および3では特定の自動車を接続できません(例:RenaultZoe)。
特定の国の規制には、接地システムとPEN導通監視に関連する追加要件が含まれる場合があります。 例:英国のTNC-TN-S(PME)ネットワークの場合。 BS 7671に準拠するには、上流のPENブレークの場合、ローカル接地電極がない場合は、電圧監視に基づく補完的な保護をインストールする必要があります。
感電に対する保護
EV充電アプリケーションは、いくつかの理由で感電のリスクを高めます。
- プラグ:保護接地導体(PE)の不連続性のリスク。
- ケーブル:ケーブルの絶縁が機械的に損傷するリスク(車両のタイヤの転がりによる破砕、繰り返しの操作など)
- 電気自動車:基本的な保護(事故、車のメンテナンスなど)の破壊の結果として、車内の充電器(クラス1)のアクティブな部分にアクセスするリスク
- 湿ったまたは塩水で湿った環境(電気自動車の入口に雪が降る、雨が降る…)
これらの増加したリスクを考慮に入れるために、IEC60364-7-722は次のように述べています。
- RCD30mAによる追加の保護が必須です
- IEC 60364-4-41 Annex B2に準拠した、「手の届かない場所に配置する」保護措置は許可されていません。
- IEC60364-4-41付属書Cに準拠した特別な保護措置は許可されていません
- 電流を使用する機器の61558つのアイテムを供給するための電気的分離は、IEC 2-4-500に準拠した絶縁トランスによる保護手段として受け入れられ、分離された回路の電圧は4Vを超えてはなりません。これは一般的に使用されます。モードXNUMXのソリューション。
電源の自動切断による感電からの保護
以下の段落は、IEC 60364-7-722:2018規格の詳細な要件を提供します(条項411.3.3、531.2.101、および531.2.1.1などに基づく)。
各AC接続ポイントは、30 mAを超えない残留動作電流定格の残留電流デバイス(RCD)によって個別に保護する必要があります。
722.411.3.3に従って各接続ポイントを保護するRCDは、少なくともRCDタイプAの要件に準拠し、30mAを超えない定格残留動作電流を備えている必要があります。
EV充電ステーションにIEC62196に準拠したソケットアウトレットまたは車両コネクタが装備されている場合(すべての部品–「プラグ、ソケットアウトレット、車両コネクタ、および車両インレット–電気自動車の導電性充電」)、DC障害に対する保護対策EV充電ステーションから提供される場合を除き、電流を流します。
各接続ポイントの適切な対策は次のとおりです。
- RCDタイプBの使用、または
- IEC 62955に準拠した残留直流検出デバイス(RDC-DD)と組み合わせたRCDタイプA(またはF)の使用
RCDは、IEC 61008-1、IEC 61009-1、IEC 60947-2、またはIEC62423のいずれかの規格に準拠する必要があります。
RCDは、すべての活線を切断する必要があります。
以下の図EV23およびEV24は、これらの要件をまとめたものです。
図EV23–感電から保護するための3つのソリューション(EV充電ステーション、モードXNUMX)
図EV24– RCD60364mAの電源を自動的に切断することによる感電に対する追加の保護に関するIEC7-722-30要件の統合
モード1&2 | モード3 | モード4 |
RCD30mAタイプA | RCD 30mAタイプB、または RCD30mAタイプA + 6mA RDC-DD、または RCD30mAタイプF + 6mA RDC-DD | 適用されない (AC接続ポイントと電気的分離なし) |
注意:
- DC障害の場合に電源の切断を保証するRCDまたは適切な機器は、EV充電ステーション内、上流の配電盤、または両方の場所に設置できます。
- 電気自動車に搭載され、バッテリーの充電に使用されるAC / DCコンバーターは、DC漏れ電流を生成する可能性があるため、上記の特定のRCDタイプが必要です。
推奨されるオプション、RCDタイプB、またはRCDタイプA / F + RDC-DD 6 mAは何ですか?
これら25つのソリューションを比較する主な基準は、図EVXNUMXに示すように、電気設備内の他のRCDへの潜在的な影響(盲検化のリスク)と、EV充電のサービスの予想される継続性です。
図EV25–RCDタイプBとRCDタイプA + RDC-DD6mAソリューションの比較
比較基準 | EV回路で使用される保護の種類 | |
RCDタイプB | RCDタイプA(またはF) + RDC-DD 6mA | |
盲検化のリスクを回避するためのタイプARCDの下流のEV接続ポイントの最大数 | 0[A] (ありえない) | 最大1つのEV接続ポイント[A] |
EV充電ポイントのサービスの継続性 | OK トリップにつながるDCリーク電流は[15mA…60mA]です。 | お勧めできません トリップにつながるDCリーク電流は[3mA…6mA]です。 湿度の高い環境では、または絶縁体の経年劣化により、この漏れ電流は最大5または7 mAまで増加する可能性があり、迷惑なトリップにつながる可能性があります。 |
これらの制限は、IEC61008 / 61009規格に準拠したタイプARCDで許容されるDC最大電流に基づいています。 盲検化のリスクの詳細と、影響を最小限に抑えて設置を最適化するソリューションについては、次の段落を参照してください。
重要:これらは、感電からの保護に関するIEC60364-7-722規格に準拠するXNUMXつのソリューションのみです。 一部のEVSEメーカーは、「内蔵保護装置」または「埋め込み保護」を提供すると主張しています。 リスクの詳細を確認し、安全な充電ソリューションを選択するには、「電気自動車を充電するための安全対策」というタイトルのホワイトペーパーを参照してください。
DC漏れ電流を生成する負荷が存在するにもかかわらず、設置全体で人の保護を実装する方法
EV充電器にはAC / DCコンバーターが含まれており、DCリーク電流が発生する可能性があります。 このDCリーク電流は、EV回路のRCD保護(またはRCD + RDC-DD)によって、RCD / RDC-DDDCトリップ値に達するまで通過します。
トリップせずにEV回路を流れる可能性のある最大DC電流は次のとおりです。
- 60 mARCDタイプBの場合は30mA(IEC2に準拠した62423 *IΔn)
- 6 mA RCDタイプA(またはF)の場合は30 mA + 6mA RDC-DD(IEC 62955に準拠)
このDCリーク電流がインストールの他のRCDで問題になる可能性がある理由
図EV26に示すように、電気設備内の他のRCDは、このDC電流を「見る」ことができます。
- 上流のRCDは、接地システム(TN、TT)に関係なく、DCリーク電流の100%を確認します。
- 並列に設置されたRCDは、TT接地システムについてのみ、保護する回路に障害が発生した場合にのみ、この電流の一部のみを確認します。 TN接地システムでは、タイプB RCDを通過するDC漏れ電流は、PE導体を通って逆流するため、RCDから並列に確認することはできません。
図EV26–直列または並列のRCDは、タイプBRCDによって通過するDCリーク電流の影響を受けます。
タイプB以外のRCDは、DCリーク電流が存在する場合に正しく機能するように設計されておらず、この電流が高すぎると「ブラインド」される可能性があります。コアはこのDC電流によって事前に磁化され、AC障害の影響を受けなくなる可能性があります。電流、たとえば、AC障害(潜在的な危険な状況)の場合にRCDがトリップしなくなります。 これは、RCDの「ブラインドネス」、「ブラインド」、または感度低下と呼ばれることもあります。
IEC規格は、さまざまなタイプのRCDの正しい機能をテストするために使用される(最大)DCオフセットを定義しています。
- タイプFの場合は10mA、
- タイプAの場合は6mA
- タイプACの場合は0mA。
つまり、IEC規格で定義されているRCDの特性を考慮すると、次のようになります。
- RCDタイプACは、EV RCDオプション(タイプB、またはタイプA + RDC-DD)に関係なく、EV充電ステーションの上流に設置することはできません。
- RCDタイプAまたはFは、最大6つのEV充電ステーションの上流に設置できます。このEV充電ステーションがRCDタイプA(またはF)+ XNUMXmARCD-DDで保護されている場合に限ります。
RCDタイプA / F + 6mA RDC-DDソリューションは、他のRCDを選択する際の影響が少ない(点滅効果が少ない)にもかかわらず、図EV27に示すように、実際には非常に制限されています。
図EV27–RCDタイプA / F + 6mARDC-DDで保護された最大XNUMXつのEVステーションをRCDタイプAおよびFの下流に設置できます
インストールでRCDが正しく機能するようにするための推奨事項
電気設備の他のRCDへのEV回路の影響を最小限に抑えるためのいくつかの可能な解決策:
- EV充電回路を電気アーキテクチャのできるだけ高い位置に接続して、他のRCDと並列になるようにし、盲検化のリスクを大幅に減らします。
- 並行してRCDに盲検効果がないため、可能であればTNシステムを使用してください
- EV充電回路の上流のRCDの場合、
タイプA + 1mA RDC-DDまたはを使用するEV充電器が6つしかない場合を除き、タイプBRCDを選択します。
AC保護性能に影響を与えることなく、IEC規格で要求される指定値を超えるDC電流値に耐えるように設計された非タイプBRCDを選択してください。 一例として、シュナイダーエレクトリックの製品範囲:Acti9 300mAタイプA RCDは、4mAタイプBRCDで保護された最大30つのEV充電回路の上流でブラインド効果なしで動作できます。 詳細については、選択テーブルとデジタルセレクターを含むXXXX電気地絡保護ガイドを参照してください。
詳細については、第F章– DC漏電電流が存在する場合のRCDの選択(EV充電以外のシナリオにも適用可能)を参照してください。
EV充電電気回路図の例
以下は、IEC3-60364-7に準拠したモード722のEV充電回路の電気回路図のXNUMXつの例です。
図EV28–モード3のXNUMXつの充電ステーションの電気回路図の例(@home –住宅用アプリケーション)
- 40AMCB過負荷保護を備えたEV充電専用回路
- 30mA RCDタイプBによる感電からの保護(30mARCDタイプA / F + RDC-DD 6mAも使用できます)
- アップストリームRCDはタイプARCDです。 これは、このXXXX ElectricRCDの強化された特性によってのみ可能です。タイプBRCDによって通過する漏れ電流による目がくらむリスクはありません。
- サージ保護デバイスも統合します(推奨)
図EV29– 3つの接続ポイント(商用アプリケーション、駐車場など)を備えた2つの充電ステーション(モードXNUMX)の電気回路図の例
- 各接続ポイントには専用の回路があります
- 接続ポイントごとに30つずつ、30mA RCDタイプBによる感電からの保護(6mARCDタイプA / F + RDC-DD XNUMXmAも使用できます)
- 過電圧保護およびRCDタイプBを充電ステーションに取り付けることができます。 その場合、充電ステーションは単一の63A回路で配電盤から電力を供給できます。
- iMNx:一部の国の規制では、公共エリアでのEVSEの緊急切り替えが必要になる場合があります
- サージ保護は示されていません。 充電ステーションまたは上流の配電盤に追加できます(配電盤と充電ステーションの間の距離によって異なります)
過渡過電圧に対する保護
電力網の近くでの落雷によって生成された電力サージは、大きな減衰を受けることなくネットワークに伝播します。 その結果、LV設備に現れる可能性のある過電圧は、規格IEC60664-1およびIEC60364で推奨されている耐電圧の許容レベルを超える可能性があります。したがって、IEC 17409に従って過電圧カテゴリIIで設計されている電気自動車は、 2.5kVを超える可能性のある過電圧から保護してください。
結果として、IEC 60364-7-722は、公衆がアクセスできる場所に設置されたEVSEを一時的な過電圧から保護することを要求しています。 これは、IEC 1-2に準拠したタイプ61643またはタイプ11のサージ保護デバイス(SPD)を使用することで保証されます。これは、電気自動車に給電する配電盤に取り付けられているか、EVSEの内部に直接取り付けられており、保護レベルは最大2.5kV以下です。
等電位ボンディングによるサージ保護
最初に導入するセーフガードは、EV設備のすべての導電性部分間の等電位ボンディングを保証する媒体(導体)です。
目的は、設置されたシステムのすべてのポイントで等しい電位を生成するように、すべての接地された導体と金属部品を結合することです。
屋内EVSEのサージ保護–避雷システム(LPS)なし–パブリックアクセス
IEC 60364-7-722は、パブリックアクセスのあるすべての場所で過渡過電圧に対する保護を要求しています。 SPDを選択するための通常のルールを適用できます(J章–過電圧保護を参照)。
図EV30–屋内EVSEのサージ保護–避雷システム(LPS)なし–パブリックアクセス
建物が避雷システムによって保護されていない場合:
- メインの低電圧配電盤(MLVS)にはタイプ2SPDが必要です
- 各EVSEには専用回路が付属しています。
- メインパネルからEVSEまでの距離が2m未満の場合を除いて、各EVSEには追加のタイプ10SPDが必要です。
- タイプ3SPDは、敏感な電子機器として負荷管理システム(LMS)にも推奨されます。 このタイプ3SPDは、タイプ2 SPDの下流にインストールする必要があります(これは、LMSがインストールされている配電盤で一般的に推奨または必須です)。
屋内EVSEのサージ保護–バスウェイを使用した設置–避雷システム(LPS)なし–パブリックアクセス
この例は前の例と似ていますが、EVSEにエネルギーを分配するためにバスウェイ(バスバートランキングシステム)が使用されている点が異なります。
図EV31–屋内EVSEのサージ保護–避雷システム(LPS)なし–バスウェイを使用した設置–パブリックアクセス
この場合、図EV31に示すように:
- メインの低電圧配電盤(MLVS)にはタイプ2SPDが必要です
- EVSEはバスウェイから供給され、SPD(必要な場合)はバスウェイのタップオフボックス内に設置されます
- EVSEに給電する最初のバスウェイの発信者には追加のタイプ2SPDが必要です(通常、MLVSまでの距離は10m以上です)。 次のEVSEも、10m未満の距離にある場合、このSPDによって保護されます。
- この追加のタイプ2SPDのUp <1.25kV(I(8/20)= 5kA)の場合、バスウェイに他のSPDを追加する必要はありません。後続のすべてのEVSEが保護されます。
- タイプ3SPDは、敏感な電子機器として負荷管理システム(LMS)にも推奨されます。 このタイプ3SPDは、タイプ2 SPDの下流にインストールする必要があります(これは、LMSがインストールされている配電盤で一般的に推奨または必須です)。
屋内EVSEのサージ保護–避雷システム(LPS)付き–パブリックアクセス
図EV32–屋内EVSEのサージ保護–避雷システム(LPS)付き–パブリックアクセス
建物が避雷システム(LPS)によって保護されている場合:
- メインの低電圧配電盤(MLVS)にはタイプ1 + 2SPDが必要です
- 各EVSEには専用回路が付属しています。
- メインパネルからEVSEまでの距離が2m未満の場合を除いて、各EVSEには追加のタイプ10SPDが必要です。
- タイプ3SPDは、敏感な電子機器として負荷管理システム(LMS)にも推奨されます。 このタイプ3SPDは、タイプ2 SPDの下流にインストールする必要があります(これは、LMSがインストールされている配電盤で一般的に推奨または必須です)。
注:配布にバスウェイを使用する場合は、LTSを使用しない例に示すルールを適用します。ただし、MLVSのSPDは、LPSのため、タイプ1ではなくタイプ2 + 2SPDを使用します。
屋外EVSEのサージ保護–避雷システム(LPS)なし–パブリックアクセス
図EV33–屋外EVSEのサージ保護–避雷システム(LPS)なし–パブリックアクセス
この例では:
メインの低電圧配電盤(MLVS)にはタイプ2SPDが必要です
サブパネルには追加のタイプ2SPDが必要です(MLVSまでの距離は通常> 10m)
加えて:
EVSEが建物の構造にリンクされている場合:
建物の等電位ネットワークを使用する
EVSEがサブパネルから10m未満の場合、またはサブパネルに取り付けられたタイプ2SPDのUp <1.25kV(I(8/20)= 5kA)の場合、追加のSPDは必要ありません。 EVSE
EVSEが駐車場に設置され、地下電線が供給されている場合:
各EVSEには接地棒が装備されているものとします。
各EVSEは等電位ネットワークに接続する必要があります。 このネットワークは、建物の等電位ネットワークにも接続する必要があります。
各EVSEにタイプ2SPDをインストールします
タイプ3SPDは、敏感な電子機器として負荷管理システム(LMS)にも推奨されます。 このタイプ3SPDは、タイプ2 SPDの下流にインストールする必要があります(これは、LMSがインストールされている配電盤で一般的に推奨または必須です)。
屋外EVSEのサージ保護–避雷システム(LPS)付き–パブリックアクセス
図EV34–屋外EVSEのサージ保護–避雷システム(LPS)付き–パブリックアクセス
本館には、建物を保護するための避雷針(避雷針)が設置されています。
この場合:
- メインの低電圧配電盤(MLVS)にはタイプ1SPDが必要です
- サブパネルには追加のタイプ2SPDが必要です(MLVSまでの距離は通常> 10m)
加えて:
EVSEが建物の構造にリンクされている場合:
- 建物の等電位ネットワークを使用する
- EVSEがサブパネルから10m未満の場合、またはサブパネルに取り付けられたタイプ2 SPDのUp <1.25kV(I(8/20)= 5kA)の場合、SPDを追加する必要はありません。 EVSEで
EVSEが駐車場に設置され、地下電線が供給されている場合:
- 各EVSEには接地棒が装備されているものとします。
- 各EVSEは等電位ネットワークに接続する必要があります。 このネットワークは、建物の等電位ネットワークにも接続する必要があります。
- 各EVSEにタイプ1+ 2SPDをインストールします
タイプ3SPDは、敏感な電子機器として負荷管理システム(LMS)にも推奨されます。 このタイプ3SPDは、タイプ2 SPDの下流にインストールする必要があります(これは、LMSがインストールされている配電盤で一般的に推奨または必須です)。