Захист від перенапруги під час зарядки електромобілів, зарядний пристрій для автомобільного автомобіля SPD

Захист від перенапруги зарядного пристрою

Зарядка електромобілів - проект електроустановки

Зарядка електромобілів - це нове навантаження для низьковольтних електроустановок, яке може викликати певні труднощі.

Специфічні вимоги щодо безпеки та проектування наведені в IEC 60364 Низьковольтні електроустановки-Частина 7-722: Вимоги до спеціальних установок або місць розташування-Постачання для електромобілів.

Мал. EV21 надає огляд сфери застосування IEC 60364 для різних режимів зарядки електромобілів.

[a] у випадку із зарядними станціями, розташованими на вулиці, “приватна установка низьковольтної мережі” є мінімальною, але IEC60364-7-722 все ще застосовується від точки підключення до комунальних служб аж до точки підключення електромобілів.

Мал. EV21-Сфера застосування стандарту IEC 60364-7-722, що визначає конкретні вимоги при інтеграції інфраструктури зарядки електромобілів у нові або існуючі електроустановки НН.

Слід також зазначити, що відповідність IEC 60364-7-722 робить обов'язковим, щоб різні компоненти установки для зарядки електромобілів повністю відповідали відповідним стандартам продукції IEC. Наприклад (не вичерпно):

Зарядна станція для електромобілів (режими 3 і 4) повинна відповідати відповідним частинам серії IEC 61851.
Пристрої залишкового струму (УЗО) повинні відповідати одному з таких стандартів: IEC 61008-1, IEC 61009-1, IEC 60947-2 або IEC 62423.
RDC-DD повинен відповідати IEC 62955
Захисний пристрій над струмом має відповідати IEC 60947-2, IEC 60947-6-2 або IEC 61009-1 або відповідним частинам серії IEC 60898 або IEC 60269.
Якщо точкою з'єднання є розетка або роз'єм автомобіля, вона повинна відповідати IEC 60309-1 або IEC 62196-1 (де взаємозамінність не потрібна), або IEC 60309-2, IEC 62196-2, IEC 62196-3 або IEC TS 62196-4 (де потрібна взаємозамінність) або національний стандарт для розеток за умови, що номінальний струм не перевищує 16 А.

Вплив зарядки електромобілів на максимальну потребу в електроенергії та розміри обладнання
Як зазначено в IEC 60364-7-722.311, «Слід враховувати, що при нормальному використанні кожна окрема точка з'єднання використовується при своєму номінальному струмі або при налаштованому максимальному струмі зарядки зарядної станції. Засоби для конфігурації максимального струму зарядки повинні використовуватися лише за допомогою ключа або інструменту і бути доступними лише кваліфікованим особам або кваліфікованим особам ».

Розмір схеми, що живить одну точку з'єднання (режим 1 і 2) або одну зарядну станцію електромобілів (режим 3 і 4), слід виконувати відповідно до максимального струму зарядки (або нижчого значення, за умови, що налаштування цього значення недоступне для некваліфіковані особи).

Мал. EV22 - Приклади поширених струмів вимірювання для режимів 1, 2 і 3

характеристика	Режим заряджання
характеристика	Режими 1 і 2	режим 3
Обладнання для визначення розмірів контуру	Стандартна розетка	3.7 кВт однофазна	7 кВт однофазна	11 кВт три фази	22 кВт три фази
Максимальний струм, який слід враховувати при 230 / 400В змінного струму	16A P+N	16A P+N	32A P+N	16A P+N	32A P+N

IEC 60364-7-722.311 також стверджує, що «оскільки всі точки з'єднання установки можуть використовуватися одночасно, коефіцієнт рознесення схеми розподілу слід приймати рівним 1, якщо тільки навантаження не включене в обладнання живлення електромобілів або не встановлено вище за течією або їх поєднання ».

Коефіцієнт різноманітності, який слід враховувати для кількох зарядних пристроїв для електромобілів паралельно, дорівнює 1, якщо для керування цими зарядними пристроями для електромобілів не використовується система управління навантаженням (LMS).

Тому настійно рекомендується встановити LMS для управління EVSE: це запобігає збільшенню розмірів, оптимізує витрати на електричну інфраструктуру та зменшує експлуатаційні витрати, уникаючи піків споживання електроенергії. Зверніться до електротехнічної архітектури зарядки електромобілів для прикладу архітектури з і без LMS, що ілюструє оптимізацію, отриману на електроустановці. Докладніше про різні варіанти LMS та додаткові можливості, які можливі за допомогою хмарної аналітики та контролю за зарядкою електромобілів, див. А також перевірте перспективи інтелектуальної зарядки для оптимальної інтеграції електромобілів для перспектив розумної зарядки.

Системи розташування провідників та заземлення

Як зазначено в IEC 60364-7-722 (пункти 314.01 та 312.2.1):

Для передачі енергії від/до електромобіля має бути передбачена спеціальна схема.
У системі заземлення TN схема, що живить сполучну точку, не повинна містити провідник PEN

Також слід перевірити, чи мають електромобілі, що використовують зарядні станції, обмеження, пов'язані з конкретними системами заземлення: наприклад, певні автомобілі не можна підключати в режимах 1, 2 і 3 в системі заземлення IT (приклад: Renault Zoe).

Регламенти в деяких країнах можуть включати додаткові вимоги, що стосуються систем заземлення та контролю безперервності PEN. Приклад: випадок мережі TNC-TN-S (PME) у Великобританії. Щоб бути сумісним з BS 7671, у разі розриву PEN вище по потоку, необхідно встановити додатковий захист на основі контролю напруги, якщо немає місцевого заземлюючого електрода.

Захист від ураження електричним струмом

Заряджання електромобілів збільшують ризик ураження електричним струмом з кількох причин:

Вилки: ризик розриву захисного заземлювача (PE).
Кабель: ризик механічних пошкоджень ізоляції кабелю (роздавлення внаслідок кочення шин автомобіля, повторні операції ...)
Електромобіль: ризик доступу до активних частин зарядного пристрою (клас 1) в автомобілі внаслідок руйнування основного захисту (аварії, технічне обслуговування автомобіля тощо)
Вологі або вологі середовища з морською водою (сніг на вході електромобіля, дощ…)

Щоб врахувати ці підвищені ризики, IEC 60364-7-722 стверджує, що:

Додатковий захист із УЗО 30 мА є обов’язковим
Захисні заходи «розміщення поза досяжністю», згідно з IEC 60364-4-41 Додаток В2, не дозволяються
Спеціальні заходи захисту згідно з IEC 60364-4-41 Додаток С не допускаються
Електричне роз'єднання для живлення одного пристрою струмового обладнання приймається як захисний захід із ізолюючим трансформатором, що відповідає IEC 61558-2-4, і напруга в окремому ланцюзі не повинна перевищувати 500 В. Це зазвичай використовується рішення для режиму 4.

Захист від ураження електричним струмом шляхом автоматичного відключення живлення

У пунктах нижче подано детальні вимоги стандарту IEC 60364-7-722: 2018 (на основі пунктів 411.3.3, 531.2.101 та 531.2.1.1 тощо).

Кожна точка з'єднання змінного струму повинна бути індивідуально захищена пристроєм захисту від диференціального струму (УЗО) з номінальним значенням залишкового робочого струму, що не перевищує 30 мА.

УЗО, що захищають кожну точку з'єднання відповідно до 722.411.3.3, повинні відповідати щонайменше вимогам УЗО типу А і мати номінальний залишковий робочий струм не більше 30 мА.

Якщо зарядна станція для електромобілів обладнана розеткою або роз’ємом автомобіля, що відповідає IEC 62196 (усі частини-“Вилки, розетки, роз’єми транспортних засобів та входи автомобіля-Провідна зарядка електромобілів”), заходи захисту від несправності постійного струму слід брати струм, за винятком випадків, коли це передбачено зарядною станцією електромобілів.

Відповідні заходи для кожної точки підключення будуть такими:

Використання УЗО типу В, або
Використання УЗО типу A (або F) разом із пристроєм визначення залишкового постійного струму (RDC-DD), що відповідає IEC 62955

УЗО повинні відповідати одному з таких стандартів: IEC 61008-1, IEC 61009-1, IEC 60947-2 або IEC 62423.

УЗО повинні від'єднувати всі провідники під напругою.

Мал. EV23 та EV24 нижче узагальнюють ці вимоги.

Мал. EV23 - Два рішення для захисту від ураження електричним струмом (зарядні станції для електромобілів, режим 3)

Мал. EV24-Синтез вимоги IEC 60364-7-722 щодо додаткового захисту від ураження електричним струмом шляхом автоматичного відключення живлення з УЗО 30 мА

Режими 1 і 2

режим 3

режим 4

УЗО 30 мА типу А

УЗО 30 мА типу В, або

УЗО 30 мА типу A + 6 мА RDC-DD, або

УЗО 30 мА тип F + 6 мА RDC-DD

Не підтримується

(немає точки з'єднання змінного струму та електричного розділення)

Примітки:

УЗО або відповідне обладнання, що забезпечує відключення живлення у разі несправності постійного струму, можна встановити всередині зарядної станції електромобілів, у розподільному щиті вище або в обох місцях.
Необхідні певні типи УЗО, як показано вище, оскільки перетворювач змінного/постійного струму, що входить до складу електромобілів і використовується для зарядки акумулятора, може генерувати струм витоку постійного струму.

Який варіант є кращим, УЗО типу В або УЗО типу A/F + RDC-DD 6 мА?

Основними критеріями порівняння цих двох рішень є потенційний вплив на інші УЗО в електроустановці (ризик засліплення) та очікувана безперервність обслуговування зарядки електромобілів, як показано на рис. EV25.

Мал. EV25-Порівняння розчинів УЗО типу В та УЗО типу А + RDC-DD 6 мА

Критерії порівняння	Тип захисту, що використовується в ланцюзі електромобілів
Критерії порівняння	УЗО типу В	УЗО типу А (або F) + RDC-DD 6 мА
Максимальна кількість з’єднувальних точок електромобілів після УЗО типу А, щоб уникнути ризику засліплення	0^[] (неможливо)	Максимум 1 EV точка підключення^[]
Безперервність обслуговування пунктів зарядки електромобілів	OK Струм витоку постійного струму, що веде до відключення, становить [15 мА… 60 мА]	Не рекомендовано Струм витоку постійного струму, що веде до відключення, становить [3 мА… 6 мА] У вологих середовищах або через старіння ізоляції цей струм витоку, ймовірно, зросте до 5 або 7 мА і може призвести до виникнення неприємностей.

Ці обмеження ґрунтуються на максимальному струмі постійного струму, прийнятному для УЗО типу А відповідно до стандартів IEC 61008 /61009. Зверніться до наступного параграфа для отримання більш детальної інформації про ризик засліплення та про рішення, які мінімізують вплив та оптимізують установку.

Важливо: це єдині два рішення, що відповідають стандарту IEC 60364-7-722 для захисту від ураження електричним струмом. Деякі виробники EVSE стверджують, що пропонують "вбудовані захисні пристрої" або "вбудований захист". Щоб дізнатися більше про ризики та вибрати безпечне рішення для зарядки, див. Білу книгу під назвою Заходи безпеки для зарядки електромобілів

Як реалізувати захист людей протягом усієї установки, незважаючи на наявність навантажень, які генерують струми витоку постійного струму

Зарядні пристрої для електромобілів включають перетворювачі змінного/постійного струму, які можуть генерувати струм витоку постійного струму. Цей струм витоку постійного струму пропускається захистом УЗО (або УЗО + УЗО-ДД) ланцюга електромобілів, поки він не досягне значення спрацьовування УЗО/УЗО-ДД постійного струму.

Максимальний струм постійного струму, який може протікати по схемі електромобіля без спрацьовування:

60 мА для 30 мА УЗО типу В (2*IΔn відповідно до IEC 62423)
6 мА для 30 мА УЗО типу A (або F) + 6 мА RDC-DD (згідно з IEC 62955)

Чому цей струм витоку постійного струму може стати проблемою для інших УЗО установки

Інші УЗО в електричній установці можуть «бачити» цей постійний струм, як показано на рис. EV26:

Вихідні УЗО будуть бачити 100% струму витоку постійного струму незалежно від системи заземлення (TN, TT)
УЗО, встановлені паралельно, бачитимуть лише частину цього струму, лише для системи заземлення TT, і лише тоді, коли в ланцюзі, що їх захищає, виникає несправність. У системі заземлення TN струм витоку постійного струму, що проходить через УЗО типу В, тече назад через провідник ПЕ, і тому не може бути помічений УЗО паралельно.

Мал. EV26 - УЗО послідовно або паралельно впливає на струм витоку постійного струму, який пропускається УЗО типу В

УЗО, крім типу В, не розраховані на належну роботу при наявності струму витоку постійного струму і, можливо, "засліплені", якщо цей струм занадто високий: їх сердечник буде попередньо намагнічений цим постійним струмом і може стати нечутливим до несправності змінного струму струму, наприклад, УЗО більше не спрацьовує у разі несправності змінного струму (потенційно небезпечна ситуація). Іноді це називають «сліпотою», «сліпотою» або десенсибілізацією УЗО.

Стандарти IEC визначають (максимальне) зміщення постійного струму, що використовується для перевірки правильної роботи різних типів УЗО:

10 мА для типу F,
6 мА для типу А
і 0 мА для типу змінного струму.

Тобто, враховуючи характеристики УЗО, визначені стандартами IEC:

УЗО типу AC не можна встановлювати перед будь-якою зарядною станцією для електромобілів, незалежно від опції УЗО для електромобілів (тип B або тип A + RDC-DD)
УЗО типу A або F можна встановлювати попереду від максимум однієї зарядної станції для електромобілів, і тільки якщо ця зарядна станція для електромобілів захищена УЗО типу A (або F) + 6 мА RCD-DD

Розчин УЗО типу A/F + 6 мА RDC-DD має менший вплив (менший ефект блимання) при виборі інших УЗО, проте він також дуже обмежений на практиці, як показано на рис. EV27.

Мал. EV27-Максимально одна станція EV, захищена УЗО типу A/F + 6mA RDC-DD може бути встановлена після УЗО типу A і F

Рекомендації щодо забезпечення правильної роботи УЗО в установці

Деякі можливі рішення для мінімізації впливу електросхем на інші УЗО електроустановки:

Підключайте схеми зарядки електромобілів якомога вище в електричній архітектурі, щоб вони були паралельні іншим УЗО, щоб значно зменшити ризик засліплення
По можливості використовуйте систему TN, оскільки паралельно не виникає сліпучого впливу на УЗО
Також для УЗО перед зарядними ланцюгами електромобілів

виберіть УЗО типу В, якщо у вас немає лише 1 зарядного пристрою для електромобілів, який використовує тип А + 6 мА RDC-DD або

вибирайте УЗО не типу В, які розраховані на витримку значень струму постійного струму, що перевищують зазначені значення, що вимагаються стандартами IEC, не впливаючи на показники захисту від змінного струму. Один приклад із асортиментами продуктів Schneider Electric: УЗО типу Acti9 300 мА типу А можуть працювати без сліпучого ефекту до 4 зарядних ланцюгів ЕВ, захищених УЗО типу 30 мА типу В. Для отримання додаткової інформації зверніться до посібника XXXX щодо захисту від замикання на землю, який містить таблиці вибору та цифрові селектори.

Більш детальну інформацію можна знайти в розділі F - Вибір УЗО за наявності струмів витоку заземлення постійного струму (також застосовується до інших сценаріїв, окрім зарядки електромобілів).

Приклади електричних схем зарядки електромобілів

Нижче наведено два приклади електричних схем для схем зарядки електромобілів у режимі 3, які відповідають IEC 60364-7-722.

Мал. EV28 - Приклад електричної схеми для однієї зарядної станції в режимі 3 (@home - житловий додаток)

Спеціальна схема для заряджання електромобілів з захистом від перевантаження 40А MCB
Захист від ураження електричним струмом за допомогою УЗО 30 мА типу В (також може використовуватися УЗО 30 мА типу A/F + RDC-DD 6 мА)
Вихідні УЗО є УЗО типу А. Це можливо лише завдяки покращеним характеристикам цього XXXX електричного УЗО: відсутність ризику засліплення струмом витоку, який пропускається УЗО типу В
Також інтегрує пристрій захисту від перенапруги (рекомендовано)

Мал. EV29 - Приклад електричної схеми для однієї зарядної станції (режим 3) з 2 точками з'єднання (комерційне застосування, стоянка…)

Кожна точка з'єднання має свою окрему схему
Захист від ураження електричним струмом за допомогою УЗО 30 мА типу В, по одному для кожної точки з'єднання (також може використовуватися УЗО 30 мА типу A/F + RDC-DD 6 мА)
На зарядній станції можна встановити захист від перенапруги та УЗО типу В. У цьому випадку зарядну станцію можна живити від розподільного щита за допомогою однієї схеми 63А
iMNx: деякі правила країни можуть вимагати екстреного перемикання для EVSE у громадських місцях
Захист від перенапруги не показаний. Може бути доданий до зарядної станції або до розподільного щита вгору (залежно від відстані між розподільним щитом та зарядною станцією)

Захист від перехідних перенапруг

Стрибок електроенергії, спричинений ударом блискавки поблизу електричної мережі, поширюється в мережу без значного послаблення. В результаті цього перенапруга, яка може з'явитися в установці НН, може перевищувати допустимі рівні для витримуючої напруги, рекомендованої стандартами IEC 60664-1 та IEC 60364. Електричний транспортний засіб, спроектований з категорією перенапруги II відповідно до IEC 17409, повинен бути захищеними від перенапруг, які можуть перевищувати 2.5 кВ.

Як наслідок, IEC 60364-7-722 вимагає, щоб EVSE, встановлений у доступних для населення місцях, був захищений від перехідних перенапруг. Це забезпечується використанням пристроїв захисту від перенапруг типу 1 або 2 (SPD) відповідно до IEC 61643-11, встановлених у розподільному щиті, що живить електромобіль, або безпосередньо всередині EVSE, з рівнем захисту Up ≤ 2.5 кВ.

Захист від перенапруг шляхом еквіпотенціального з'єднання

Першим запобіжним механізмом, що вводиться, є середовище (провідник), що забезпечує рівноправний зв'язок між усіма струмопровідними частинами електромобільної установки.

Метою є з'єднання всіх заземлених провідників та металевих частин таким чином, щоб створити рівний потенціал у всіх точках встановленої системи.

Захист від перенапруги для внутрішніх EVSE - без системи захисту від блискавки (LPS) - загальний доступ

IEC 60364-7-722 вимагає захисту від перехідної напруги для всіх місць із загальним доступом. Можна застосувати звичайні правила вибору SPD (див. Розділ J - Захист від перенапруги).

Мал. EV30 - Захист від перенапруги для внутрішніх EVSE - без системи захисту від блискавки (LPS) - загальний доступ

Якщо будівля не захищена системою блискавкозахисту:

У головному розподільному щиті низької напруги (MLVS) потрібен SPD типу 2
Кожен EVSE поставляється зі спеціальною схемою.
Додатковий SPD типу 2 необхідний у кожному EVSE, за винятком випадків, коли відстань від основної панелі до EVSE менше 10 м.
SPD типу 3 також рекомендується для Системи управління навантаженням (LMS) як чутливе електронне обладнання. Цей SPD типу 3 повинен бути встановлений після SPD типу 2 (що зазвичай рекомендується або вимагається в комутаційному щиті, де встановлена LMS).

Захист від перенапруг для внутрішніх EVSE - установка за допомогою шини - без системи захисту від блискавки (LPS) - загальний доступ

Цей приклад схожий на попередній, за винятком того, що для розподілу енергії до EVSE використовується шина (система шинопроводів).

Мал. EV31 - Захист від перенапруги для внутрішніх приміщень EVSE - без системи захисту від блискавки (LPS) - установка за допомогою автотраси - загальний доступ

У цьому випадку, як показано на рис. EV31:

У головному розподільному щиті низької напруги (MLVS) потрібен SPD типу 2
EVSE поставляються з автодороги, а SPD (за необхідності) встановлюються всередині збірних коробів
Додатковий SPD типу 2 необхідний для першого виїжджаючого на автобус, що подає EVSE (оскільки зазвичай відстань до MLVS становить більше 10 м). Наведені нижче EVSE також захищені цим SPD, якщо вони розташовані на відстані менше 10 м
Якщо цей додатковий SPD типу 2 має Up <1.25 кВ (при I (8/20) = 5 кА), немає необхідності додавати будь -який інший SPD на шині: всі наступні EVSE захищені.
SPD типу 3 також рекомендується для Системи управління навантаженням (LMS) як чутливе електронне обладнання. Цей SPD типу 3 повинен бути встановлений після SPD типу 2 (що зазвичай рекомендується або вимагається в комутаційному щиті, де встановлена LMS).

Захист від перенапруги для внутрішніх EVSE - із системою захисту від блискавки (LPS) - загальний доступ

Мал. EV32 - Захист від перенапруги для внутрішніх EVSE - із системою захисту від блискавки (LPS) - загальний доступ

Коли будівля захищена системою блискавкозахисту (LPS):

SPD типу 1+2 необхідний у головному розподільному щиті низької напруги (MLVS)
Кожен EVSE поставляється зі спеціальною схемою.
Додатковий SPD типу 2 необхідний у кожному EVSE, за винятком випадків, коли відстань від основної панелі до EVSE менше 10 м.
SPD типу 3 також рекомендується для Системи управління навантаженням (LMS) як чутливе електронне обладнання. Цей SPD типу 3 повинен бути встановлений після SPD типу 2 (що зазвичай рекомендується або вимагається в комутаційному щиті, де встановлена LMS).

Примітка: якщо ви використовуєте магістраль для розподілу, застосуйте правила, наведені у прикладі без LTS, за винятком SPD у MLVS = використовуйте SPD типу 1+2, а не типу 2, через LPS.

Захист від перенапруги для зовнішнього EVSE - без системи захисту від блискавки (LPS) - загальний доступ

Мал. EV33 - Захист від перенапруги для зовнішнього EVSE - без системи захисту від блискавки (LPS) - загальний доступ

У цьому прикладі:

У головному розподільному щиті низької напруги (MLVS) потрібен SPD типу 2
На підпанелі потрібен додатковий SPD типу 2 (загальна відстань> 10 м до MLVS)

В додаток:

Якщо EVSE пов'язано з будівельною конструкцією:
використовувати еквіпотенціальну мережу будівлі
якщо EVSE знаходиться на відстані менше 10 м від підпанелі, або якщо SPD типу 2, встановлений на підпанелі, має значення Up <1.25 кВ (при I (8/20) = 5 кА), немає необхідності в додаткових SPD в EVSE

Якщо EVSE встановлено на автостоянці та забезпечено підземною лінією електропередач:

кожен EVSE повинен бути оснащений заземлюючим стрижнем.
кожен EVSE має бути підключений до еквіпотенціальної мережі. Ця мережа також повинна бути підключена до еквіпотенціальної мережі будівлі.
встановіть SPD типу 2 у кожен EVSE
SPD типу 3 також рекомендується для Системи управління навантаженням (LMS) як чутливе електронне обладнання. Цей SPD типу 3 повинен бути встановлений після SPD типу 2 (що зазвичай рекомендується або вимагається в комутаційному щиті, де встановлена LMS).

Захист від перенапруг для зовнішнього EVSE - із системою захисту від блискавки (LPS) - загальний доступ

Мал. EV34 - Захист від перенапруги для зовнішнього EVSE - із системою захисту від блискавки (LPS) - загальний доступ

Основна будівля обладнана громовідводом (система блискавкозахисту) для захисту будівлі.

В цьому випадку:

У головному розподільному щиті низької напруги (MLVS) потрібен SPD типу 1
На підпанелі потрібен додатковий SPD типу 2 (загальна відстань> 10 м до MLVS)

В додаток:

Якщо EVSE пов'язано з будівельною конструкцією:

використовувати еквіпотенціальну мережу будівлі
якщо EVSE знаходиться менше ніж на 10 м від підпанелі або якщо SPD типу 2, встановлений на підпанелі, має значення Up <1.25 кВ (при I (8/20) = 5 кА), немає необхідності додавати додаткові SPD у EVSE

Якщо EVSE встановлено на автостоянці та забезпечено підземною лінією електропередач:

кожен EVSE повинен бути оснащений заземлюючим стрижнем.
кожен EVSE має бути підключений до еквіпотенціальної мережі. Ця мережа також повинна бути підключена до еквіпотенціальної мережі будівлі.
встановіть SPD типу 1+2 у кожен EVSE

SPD типу 3 також рекомендується для Системи управління навантаженням (LMS) як чутливе електронне обладнання. Цей SPD типу 3 повинен бути встановлений після SPD типу 2 (що зазвичай рекомендується або вимагається в комутаційному щиті, де встановлена LMS).