EV -laddningsöverspänningsskydd
EV -laddning - elektrisk installationsdesign
Elfordons laddning är en ny belastning för lågspännings elektriska installationer som kan ge vissa utmaningar.
Särskilda krav på säkerhet och konstruktion finns i IEC 60364 Elektriska lågspänningsinstallationer-Del 7-722: Krav för speciella installationer eller platser-Tillbehör för elfordon.
Fig. EV21 ger en översikt över tillämpningsområdet för IEC 60364 för de olika EV -laddningslägena.
[a] när det gäller laddstationer på gatan är den "privata LV-installationen" minimal, men IEC60364-7-722 gäller fortfarande från anslutningspunkten för elnätet till EV-anslutningspunkten.
Fig. EV21-Tillämpningsområde för standarden IEC 60364-7-722, som definierar de specifika kraven när en EV-laddningsinfrastruktur integreras i nya eller befintliga LV-elektriska installationer.
Det bör också noteras att överensstämmelse med IEC 60364-7-722 gör det obligatoriskt att de olika komponenterna i EV-laddningsanläggningen helt överensstämmer med de relaterade IEC-produktstandarderna. Till exempel (inte uttömmande):
- EV -laddstationen (lägen 3 och 4) ska uppfylla lämpliga delar av IEC 61851 -serien.
- Jordfelsbrytare (RCD) ska uppfylla en av följande standarder: IEC 61008-1, IEC 61009-1, IEC 60947-2 eller IEC 62423.
- RDC-DD ska överensstämma med IEC 62955
- Överströmsskyddsanordning ska överensstämma med IEC 60947-2, IEC 60947-6-2 eller IEC 61009-1 eller med relevanta delar av IEC 60898-serien eller IEC 60269-serien.
- Om anslutningspunkten är ett uttag eller en fordonskontakt ska den överensstämma med IEC 60309-1 eller IEC 62196-1 (där utbytbarhet inte krävs), eller IEC 60309-2, IEC 62196-2, IEC 62196-3 eller IEC TS 62196-4 (där utbytbarhet krävs), eller den nationella standarden för uttag, förutsatt att märkströmmen inte överstiger 16 A.
EV -laddningens inverkan på maximalt effektbehov och storleken på utrustningen
Som anges i IEC 60364-7-722.311, ”Det ska anses att vid normal användning används varje enskild anslutningspunkt vid sin märkström eller vid den konfigurerade maximala laddningsströmmen för laddstationen. Medlen för konfigurering av den maximala laddningsströmmen ska endast göras med hjälp av en nyckel eller ett verktyg och endast vara tillgängliga för skickliga eller instruerade personer. ”
Storleken på kretsen som levererar en anslutningspunkt (läge 1 och 2) eller en EV -laddstation (läge 3 och 4) bör göras enligt den maximala laddningsströmmen (eller ett lägre värde, förutsatt att konfigurationen av detta värde inte är tillgänglig för icke-skickliga personer).
Fig. EV22 - Exempel på vanliga storleksströmmar för läge 1, 2 och 3
| Egenskaper | Laddningsläge | ||||
| Läge 1 & 2 | Läge 3 | ||||
| Utrustning för kretsstorlek | Standarduttag | 3.7 kW en fas | 7 kW en fas | 11 kW tre faser | 22 kW tre faser |
| Maximal ström att beakta @230 / 400Vac | 16A P+N | 16A P+N | 32A P+N | 16A P+N | 32A P+N |
IEC 60364-7-722.311 säger också att ”Eftersom alla anslutningspunkter i installationen kan användas samtidigt, ska distributionskretsens mångfaldsfaktor vara lika med 1 om inte en lastkontroll ingår i EV-utrustningen eller installeras uppströms, eller en kombination av båda. ”
Mångfaldsfaktorn för flera EV -laddare parallellt är lika med 1 om inte ett Load Management System (LMS) används för att styra dessa EV -laddare.
Installationen av ett LMS för att styra EVSE rekommenderas därför starkt: det förhindrar överdimensionering, optimerar kostnaderna för den elektriska infrastrukturen och minskar driftskostnaderna genom att undvika toppbehovstoppar. Se EV-laddnings- elektriska arkitekturer för ett exempel på arkitektur med och utan LMS, som illustrerar optimeringen av den elektriska installationen. Se EV-laddning-digitala arkitekturer för mer information om de olika varianterna av LMS och de ytterligare möjligheter som är möjliga med molnbaserad analys och övervakning av EV-laddning. Och kolla Smart laddningsperspektiv för optimal EV -integration för perspektiv på smart laddning.
Ledararrangemang och jordningssystem
Som anges i IEC 60364-7-722 (klausulerna 314.01 och 312.2.1):
- En särskild krets ska tillhandahållas för överföring av energi från/till elfordonet.
- I ett TN -jordningssystem ska en krets som levererar en anslutningspunkt inte innehålla en PEN -ledare
Det bör också verifieras om elbilar som använder laddstationerna har begränsningar relaterade till specifika jordningssystem: vissa bilar kan till exempel inte anslutas i läge 1, 2 och 3 i IT -jordningssystemet (exempel: Renault Zoe).
Bestämmelser i vissa länder kan innehålla ytterligare krav avseende jordningssystem och PEN -kontinuitetsövervakning. Exempel: fallet med TNC-TN-S (PME) -nätet i Storbritannien. För att uppfylla BS 7671, vid uppströms PEN -brytning, måste kompletterande skydd baserat på spänningsövervakning installeras om det inte finns någon lokal jordningselektrod.
Skydd mot elektriska stötar
EV -laddningsapplikationer ökar risken för elchock, av flera skäl:
- Pluggar: risk för diskontinuitet hos skyddande jordledare (PE).
- Kabel: risk för mekanisk skada på kabelisolering (krossning genom rullning av fordonsdäck, upprepade operationer ...)
- Elbil: risk för åtkomst till aktiva delar av laddaren (klass 1) i bilen till följd av förstörelsen av grundskyddet (olyckor, bilunderhåll etc.)
- Våt eller saltvatten våt miljö (snö på elfordonets inlopp, regn ...)
För att ta hänsyn till dessa ökade risker anger IEC 60364-7-722 att:
- Ytterligare skydd med en RCD 30mA är obligatoriskt
- Skyddsåtgärder "placera utom räckhåll" enligt IEC 60364-4-41 bilaga B2 är inte tillåtna
- Särskilda skyddsåtgärder enligt IEC 60364-4-41 bilaga C är inte tillåtna
- Elektrisk separation för leverans av en enhet med strömanvändande utrustning accepteras som en skyddsåtgärd med en isoleringstransformator som uppfyller IEC 61558-2-4, och spänningen i den separerade kretsen får inte överstiga 500 V. Detta är den vanliga lösning för läge 4.
Skydd mot elektriska stötar genom automatisk frånkoppling av matningen
Paragraferna nedan ger de detaljerade kraven i standarden IEC 60364-7-722: 2018 (baserad på klausulerna 411.3.3, 531.2.101 och 531.2.1.1, etc.).
Varje AC -anslutningspunkt ska skyddas individuellt av en jordfelsbrytare (RCD) med en märkström som inte överstiger 30 mA.
Jordfelsbrytare som skyddar varje anslutningspunkt i enlighet med 722.411.3.3 ska minst uppfylla kraven i en jordfelsbrytare typ A och ska ha en nominell kvarvarande driftström som inte överstiger 30 mA.
Om EV-laddstationen är utrustad med ett uttag eller fordonskontakt som överensstämmer med IEC 62196 (alla delar-”Pluggar, uttag, fordonskontakter och fordonsuttag-Konduktiv laddning av elfordon”), skyddsåtgärder mot DC-fel ström ska tas, utom när EV -laddstationen tillhandahåller.
Lämpliga åtgärder för varje anslutningspunkt ska vara följande:
- Användningen av en jordfelsbrytare typ B, eller
- Användning av en jordfelsbrytare av typ A (eller F) i kombination med en jordfelsbrytare (RDC-DD) som uppfyller IEC 62955
Jordfelsbrytare ska uppfylla en av följande standarder: IEC 61008-1, IEC 61009-1, IEC 60947-2 eller IEC 62423.
Jordfelsbrytare ska koppla bort alla strömförande ledare.
Fig. EV23 och EV24 nedan sammanfattar dessa krav.
Fig. EV23 - De två lösningarna för skydd mot elektriska stötar (EV -laddstationer, läge 3)
Fig. EV24-Syntes av IEC 60364-7-722 krav på ytterligare skydd mot elektriska stötar genom automatisk frånkoppling av matningen med RCD 30mA
| Läge 1 & 2 | Läge 3 | Läge 4 |
| RCD 30mA typ A | RCD 30mA typ B, eller RCD 30mA typ A + 6mA RDC-DD, eller RCD 30mA typ F + 6mA RDC-DD | ej tillämplig (ingen AC -anslutningspunkt och elektrisk separation) |
Anmärkningar:
- jordfelsbrytaren eller lämplig utrustning som säkerställer frånkoppling av strömförsörjningen vid DC -fel kan installeras inuti EV -laddstationen, i uppströms växel eller på båda platserna.
- Specifika RCD -typer som visas ovan krävs eftersom AC/DC -omvandlaren som ingår i elbilar och används för att ladda batteriet kan generera likström.
Vad är det föredragna alternativet, RCD typ B, eller RCD typ A/F + RDC-DD 6 mA?
Huvudkriterierna för att jämföra dessa två lösningar är den potentiella påverkan på andra jordfelsbrytare i den elektriska installationen (risk för förblindning) och den förväntade kontinuiteten för EV -laddning, såsom visas i bild EV25.
Bild EV25-Jämförelse av RCD typ B och RCD typ A + RDC-DD 6mA lösningar
| Jämförelsekriterier | Typ av skydd som används i EV -kretsar | |
| Jordfelsbrytare typ B | Jordfelsbrytare typ A (eller F) + RDC-DD 6 mA | |
| Maximalt antal EV -anslutningspunkter nedströms en typ A RCD för att undvika risk för blindning | 0[A] (omöjligt) | Max 1 EV -anslutningspunkt[A] |
| Kontinuerlig service för EV -laddpunkterna | OK DC -läckström som leder till utlösning är [15 mA ... 60 mA] | Rekommenderas inte DC -läckström som leder till utlösning är [3 mA ... 6 mA] I fuktiga miljöer eller på grund av åldrande av isolering kommer denna läckström sannolikt att öka upp till 5 eller 7 mA och kan leda till störande störningar. |
Dessa begränsningar är baserade på DC max -strömmen som är acceptabel med typ A RCD enligt IEC 61008 /61009 standarder. Se nästa stycke för mer information om risken för blindning och för lösningar som minimerar påverkan och optimerar installationen.
Viktigt: det här är de enda två lösningarna som uppfyller standarden IEC 60364-7-722 för skydd mot elektriska stötar. Vissa EVSE-tillverkare hävdar att de erbjuder "inbyggda skyddsanordningar" eller "inbyggt skydd". För mer information om riskerna och för att välja en säker laddningslösning, se vitboken med titeln Säkerhetsåtgärder för laddning av elfordon
Hur man implementerar skyddet för människor under hela installationen trots att det finns belastningar som genererar likströmsläckströmmar
EV -laddare inkluderar AC/DC -omvandlare, som kan generera likström. Denna DC-läckström släpps igenom av EV-kretsens RCD-skydd (eller RCD + RDC-DD) tills den når RCD/RDC-DD DC-utlösningsvärdet.
Den maximala likström som kan flöda genom EV -kretsen utan att snubbla är:
- 60 mA för 30 mA RCD typ B (2*IΔn enligt IEC 62423)
- 6 mA för 30 mA RCD typ A (eller F) + 6 mA RDC-DD (enligt IEC 62955)
Varför denna DC -läckström kan vara ett problem för andra jordfelsbrytare i installationen
De andra jordfelsbrytarna i den elektriska installationen kan "se" denna likström, som visas i bild EV26:
- Uppströms jordfelsbrytare kommer att se 100% av DC -läckströmmen, oavsett jordsystem (TN, TT)
- Jordfelsbrytarna installerade parallellt ser bara en del av denna ström, bara för TT -jordningssystemet, och bara när ett fel uppstår i kretsen som de skyddar. I TN -jordningssystemet strömmar DC -läckströmmen som går genom typ B RCD tillbaka genom PE -ledaren och kan därför inte ses av jordfelsbrytarna parallellt.
Fig. EV26 - Jordfelsbrytare i serie eller parallellt påverkas av DC -läckströmmen som släpps igenom av typ B RCD
Andra jordfelsbrytare än typ B är inte konstruerade för att fungera korrekt i närvaro av DC-läckström, och kanske "förblindade" om denna ström är för hög: deras kärna kommer att förmagnetiseras av denna likström och kan bli okänslig för AC-felet ström, t.ex. att jordfelsbrytaren inte längre löser ut vid AC -fel (potentiell farlig situation). Detta kallas ibland för "blindhet", "förblindning" eller avkänslighet för RCD.
IEC -standarder definierar (maximal) DC -förskjutning som används för att testa de olika typerna av jordfelsbrytare:
- 10 mA för typ F,
- 6 mA för typ A
- och 0 mA för typ AC.
Det vill säga att med tanke på egenskaper hos jordfelsbrytare enligt definitioner i IEC -standarder:
- Jordfelsbrytare typ AC kan inte installeras uppströms om någon EV-laddstation, oavsett alternativet EV RCD (typ B eller typ A + RDC-DD)
- Jordfelsbrytare typ A eller F kan installeras uppströms om högst en EV-laddstation, och endast om denna EV-laddstation är skyddad av en jordfelsbrytare typ A (eller F) + 6mA RCD-DD
RCD-lösning av typ A/F + 6mA RDC-DD har mindre påverkan (mindre blinkande effekt) när man väljer andra jordfelsbrytare, men den är också mycket begränsad i praktiken, som visas i bild EV27.
Fig. EV27-Maximalt en EV-station skyddad av RCD typ A/F + 6mA RDC-DD kan installeras nedströms om RCD typ A och F
Rekommendationer för att säkerställa att jordfelsbrytare fungerar korrekt i installationen
Några möjliga lösningar för att minimera påverkan av EV -kretsar på andra jordfelsbrytare i den elektriska installationen:
- Anslut EV -laddningskretsarna så högt som möjligt i den elektriska arkitekturen, så att de är parallella med andra jordfelsbrytare, för att avsevärt minska risken för blindning
- Använd om möjligt ett TN -system, eftersom det inte finns någon förblindande effekt på jordfelsbrytare parallellt
- För jordfelsbrytare uppströms EV -laddningskretsar
välj typ B RCD, såvida du inte bara har en EV-laddare som använder typ A + 1mA RDC-DDor
välj icke-typ B RCD-skivor som är konstruerade för att klara DC-strömvärden utöver de angivna värdena som krävs av IEC-standarder, utan att påverka deras AC-skyddsprestanda. Ett exempel, med Schneider Electric -produktserier: Acti9 300mA typ A RCD -skivor kan fungera utan blindande effekt uppströms upp till 4 EV -laddningskretsar skyddade av 30mA typ B RCD: er. För mer information, se XXXX Electric Earth Fault Protection guide som innehåller urvalsbord och digitala väljare.
Du kan också hitta mer information i kapitel F - Val av jordfelsbrytare i närvaro av DC -läckströmmar (gäller även andra scenarier än EV -laddning).
Exempel på EV -laddning av elektriska diagram
Nedan finns två exempel på elektriska diagram för EV-laddningskretsar i läge 3, som överensstämmer med IEC 60364-7-722.
Fig. EV28 - Exempel på elschema för en laddstation i läge 3 (@home - bostadsapplikation)
- En särskild krets för EV -laddning, med 40A MCB överbelastningsskydd
- Skydd mot elektriska stötar med en 30mA RCD typ B (en 30mA RCD typ A/F + RDC-DD 6mA kan också användas)
- Uppströms RCD är en typ A RCD. Detta är endast möjligt på grund av förbättrade egenskaper hos denna XXXX elektriska jordfelsbrytare: ingen risk för blindning av läckströmmen som släpps igenom av typ B RCD
- Integrerar även överspänningsskyddsenhet (rekommenderas)
Fig. EV29 - Exempel på elschema för en laddstation (läge 3) med 2 anslutningspunkter (kommersiell tillämpning, parkering ...)
- Varje anslutningspunkt har sin egen dedikerade krets
- Skydd mot elektriska stötar med 30mA RCD typ B, en för varje anslutningspunkt (30mA RCD typ A/F + RDC-DD 6mA kan också användas)
- Överspänningsskydd och jordfelsbrytare typ B kan installeras i laddstationen. I så fall kan laddstationen drivas från växeln med en enda 63A krets
- iMNx: vissa lands föreskrifter kan kräva nödbyte för EVSE i allmänna utrymmen
- Överspänningsskydd visas inte. Kan läggas till laddstationen eller i uppströms växel (beroende på avståndet mellan växel och laddstation)
Skydd mot övergående överspänningar
Kraftströmmen som genereras av en blixtnedslag nära ett elnät förökar sig in i nätet utan att genomgå någon signifikant dämpning. Som ett resultat kan den överspänning som kan förekomma i en LV-installation överstiga de acceptabla nivåerna för motståndsspänning som rekommenderas av standarderna IEC 60664-1 och IEC 60364. Elfordonet, som är konstruerat med en överspänningskategori II enligt IEC 17409, bör därför skyddas mot överspänningar som kan överstiga 2.5 kV.
Som en konsekvens kräver IEC 60364-7-722 att EVSE installerat på platser som är tillgängliga för allmänheten ska skyddas mot övergående överspänningar. Detta säkerställs genom användning av överspänningsskydd av typ 1 eller typ 2 (SPD), som överensstämmer med IEC 61643-11, installerad i växeln som levererar elfordonet eller direkt inuti EVSE, med en skyddsnivå upp till ≤ 2.5 kV.
Överspänningsskydd genom potentialutjämning
Den första skyddsåtgärden som införs är ett medium (ledare) som säkerställer potentialutjämning mellan alla ledande delar av EV -installationen.
Målet är att binda alla jordade ledare och metalldelar för att skapa lika potential vid alla punkter i det installerade systemet.
Överspänningsskydd för inomhus EVSE - utan blixtskyddssystem (LPS) - allmänhetens åtkomst
IEC 60364-7-722 kräver skydd mot övergående överspänning för alla platser med allmän tillgång. De vanliga reglerna för val av SPD kan tillämpas (se kapitel J - Överspänningsskydd).
Fig. EV30 - Överspänningsskydd för inomhus EVSE - utan blixtskyddssystem (LPS) - allmänhetens åtkomst
När byggnaden inte skyddas av ett blixtskyddssystem:
- En typ 2 SPD krävs i huvudspänningsväxeln (MLVS)
- Varje EVSE levereras med en särskild krets.
- En ytterligare typ 2 SPD krävs i varje EVSE, förutom om avståndet från huvudpanelen till EVSE är mindre än 10m.
- En typ 3 SPD rekommenderas också för Load Management System (LMS) som känslig elektronisk utrustning. Denna typ 3 SPD måste installeras nedströms en typ 2 SPD (som i allmänhet rekommenderas eller krävs i växeln där LMS är installerat).
Överspänningsskydd för inomhus EVSE - installation med buss - utan blixtskyddssystem (LPS) - allmän tillgång
Det här exemplet liknar det föregående, förutom att en bussväg (bussningssystem) används för att distribuera energin till EVSE.
Bild EV31 - Överspänningsskydd för inomhus EVSE - utan blixtskyddssystem (LPS) - installation med buss - allmän tillgång
I det här fallet, som visas i Fig. EV31:
- En typ 2 SPD krävs i huvudspänningsväxeln (MLVS)
- EVSE levereras från bussbanan, och SPD (om det behövs) installeras inuti bussningens avrinningslådor
- Ytterligare en typ 2 SPD krävs i den första bussutgången som matar en EVSE (eftersom avståndet till MLVS generellt är mer än 10m). Följande EVSE skyddas också av denna SPD om de är mindre än 10 meter bort
- Om denna ytterligare typ 2 SPD har Upp <1.25kV (vid I (8/20) = 5kA), behöver du inte lägga till någon annan SPD på bussbanan: alla följande EVSE är skyddade.
- En typ 3 SPD rekommenderas också för Load Management System (LMS) som känslig elektronisk utrustning. Denna typ 3 SPD måste installeras nedströms en typ 2 SPD (som i allmänhet rekommenderas eller krävs i växeln där LMS är installerat).
Överspänningsskydd för inomhus EVSE - med blixtskyddssystem (LPS) - allmänhetens åtkomst
Fig. EV32 - Överspänningsskydd för inomhus EVSE - med blixtskyddssystem (LPS) - allmän åtkomst
När byggnaden skyddas av ett blixtskyddssystem (LPS):
- En typ 1+2 SPD krävs i huvudspänningsväxeln (MLVS)
- Varje EVSE levereras med en särskild krets.
- En ytterligare typ 2 SPD krävs i varje EVSE, förutom om avståndet från huvudpanelen till EVSE är mindre än 10m.
- En typ 3 SPD rekommenderas också för Load Management System (LMS) som känslig elektronisk utrustning. Denna typ 3 SPD måste installeras nedströms en typ 2 SPD (som i allmänhet rekommenderas eller krävs i växeln där LMS är installerat).
Obs! Om du använder en bussväg för distributionen, tillämpa reglerna som visas i exemplet utan LTS, förutom SPD i MLVS = använd en typ 1+2 SPD och inte en typ 2, på grund av LPS.
Överspänningsskydd för utomhus EVSE - utan blixtskyddssystem (LPS) - allmänhetens åtkomst
Fig. EV33 - Överspänningsskydd för utomhus EVSE - utan blixtskyddssystem (LPS) - allmänhetens åtkomst
I detta exempel:
En typ 2 SPD krävs i huvudspänningsväxeln (MLVS)
En ytterligare typ 2 SPD krävs i delpanelen (avståndet i allmänhet> 10m till MLVS)
Dessutom:
När EVSE är kopplat till byggnadsstrukturen:
använda byggnadens potentiella potential
om EVSE är mindre än 10 m från delpanelen, eller om typ 2 SPD installerad i delpanelen har upp <1.25 kV (vid I (8/20) = 5 kA), behövs det inte ytterligare SPD i EVSE
När EVSE är installerat på en parkeringsplats och levereras med en underjordisk elektrisk ledning:
varje EVSE ska vara utrustad med en jordstång.
varje EVSE ska vara ansluten till ett potentialutbyte. Detta nätverk måste också vara anslutet till byggnadens potential för nätverk.
installera en typ 2 SPD i varje EVSE
En typ 3 SPD rekommenderas också för Load Management System (LMS) som känslig elektronisk utrustning. Denna typ 3 SPD måste installeras nedströms en typ 2 SPD (som i allmänhet rekommenderas eller krävs i växeln där LMS är installerat).
Överspänningsskydd för utomhus EVSE - med blixtskyddssystem (LPS) - allmänhetens åtkomst
Fig. EV34 - Överspänningsskydd för utomhus EVSE - med blixtskyddssystem (LPS) - allmänhetens åtkomst
Huvudbyggnaden är utrustad med en blixtstång (blixtskyddssystem) för att skydda byggnaden.
I detta fall:
- En typ 1 SPD krävs i huvudspänningsväxeln (MLVS)
- En ytterligare typ 2 SPD krävs i delpanelen (avståndet i allmänhet> 10m till MLVS)
Dessutom:
När EVSE är kopplat till byggnadsstrukturen:
- använda byggnadens potentiella potential
- om EVSE är mindre än 10 m från delpanelen, eller om typ 2 SPD installerad i delpanelen har Upp <1.25kV (vid I (8/20) = 5kA), behöver du inte lägga till ytterligare SPD: er i EVSE
När EVSE är installerat på en parkeringsplats och levereras med en underjordisk elektrisk ledning:
- varje EVSE ska vara utrustad med en jordstång.
- varje EVSE ska vara ansluten till ett potentialutbyte. Detta nätverk måste också vara anslutet till byggnadens potential för nätverk.
- installera en typ 1+2 SPD i varje EVSE
En typ 3 SPD rekommenderas också för Load Management System (LMS) som känslig elektronisk utrustning. Denna typ 3 SPD måste installeras nedströms en typ 2 SPD (som i allmänhet rekommenderas eller krävs i växeln där LMS är installerat).
