电动汽车充电浪涌保护
电动汽车充电——电气安装设计
电动汽车充电是低压电气装置的新负载，可能会带来一些挑战。
IEC 60364 低压电气装置 - 第 7-722 部分：特殊装置或位置的要求 - 电动汽车用品中提供了安全和设计的具体要求。
图 EV21 概述了 IEC 60364 对各种 EV 充电模式的应用范围。
[a] 在街道充电站的情况下，“私人低压安装设置”是最小的，但 IEC60364-7-722 仍然适用于从公用事业连接点到电动汽车连接点。
图 EV21 – IEC 60364-7-722 标准的适用范围，该标准定义了将 EV 充电基础设施集成到新的或现有的低压电气装置中时的具体要求。
还应注意的是，符合 IEC 60364-7-722 强制要求电动汽车充电装置的不同组件完全符合相关的 IEC 产品标准。 例如（并非详尽无遗）：
- EV 充电站（模式 3 和 4）应符合 IEC 61851 系列的相应部分。
- 剩余电流装置 (RCD) 应符合以下标准之一：IEC 61008-1、IEC 61009-1、IEC 60947-2 或 IEC 62423。
- RDC-DD 应符合 IEC 62955
- 过电流保护装置应符合 IEC 60947-2、IEC 60947-6-2 或 IEC 61009-1 或 IEC 60898 系列或 IEC 60269 系列的相关部分。
- 如果连接点是插座或车辆连接器，则应符合 IEC 60309-1 或 IEC 62196-1（不要求互换性），或 IEC 60309-2、IEC 62196-2、IEC 62196-3或 IEC TS 62196-4（需要互换性），或插座的国家标准，前提是额定电流不超过 16 A。
电动汽车充电对最大电力需求和设备尺寸的影响
如IEC 60364-7-722.311中所述，“应考虑在正常使用中，每个单个连接点以其额定电流或充电站配置的最大充电电流使用。 最大充电电流的配置方法只能通过使用钥匙或工具来完成，并且只能由技术人员或受过指导的人员使用。”
为一个连接点（模式 1 和 2）或一个电动汽车充电站（模式 3 和 4）供电的电路的大小应根据最大充电电流（或较低的值，前提是配置此值无法访问）非技术人员）。
图 EV22 – 模式 1、2 和 3 的常用定型电流示例
| 特征： | 充电模式 | ||||
| 模式 1 & 2 | 模式3 | ||||
| 电路选型设备 | 标准插座 | 3.7千瓦 单相 | 7千瓦 单相 | 11千瓦 三个阶段 | 22千瓦 三个阶段 |
| 需要考虑的最大电流 @230 / 400Vac | 16A P+N | 16A P+N | 32A P+N | 16A P+N | 32A P+N |
IEC 60364-7-722.311 还指出“由于安装的所有连接点都可以同时使用，除非 EV 供电设备中包含负载控制或安装了负载控制，否则配电电路的分集系数应视为等于 1上游，或两者的结合。”
除非使用负载管理系统 (LMS) 来控制这些 EV 充电器，否则要考虑多个并联 EV 充电器的多样性系数等于 1。
因此，强烈建议安装 LMS 来控制 EVSE：它可以防止规模过大，优化电力基础设施的成本，并通过避免电力需求峰值来降低运营成本。 有关带有和不带有 LMS 的架构示例，请参阅 EV 充电电气架构，说明在电气安装上获得的优化。 有关 LMS 不同变体的更多详细信息，以及基于云的 EV 充电分析和监督可能带来的更多机会，请参阅 EV 充电 – 数字架构。 并查看智能充电观点以获得最佳 EV 集成以了解智能充电观点。
导体布置和接地系统
如 IEC 60364-7-722（条款 314.01 和 312.2.1）所述：
- 应提供专用电路用于从/向电动车辆传输能量。
- 在 TN 接地系统中，为连接点供电的电路不应包括 PEN 导体
还应验证使用充电站的电动汽车是否存在与特定接地系统相关的限制：例如，某些汽车无法在 IT 接地系统中以模式 1、2 和 3 连接（例如：雷诺 Zoe）。
某些国家/地区的法规可能包括与接地系统和 PEN 连续性监控相关的附加要求。 示例：英国 TNC-TN-S (PME) 网络的案例。 为了符合 BS 7671，在上游 PEN 断路的情况下，如果没有本地接地电极，则必须安装基于电压监控的补充保护。
防止触电
电动汽车充电应用会增加触电风险，原因如下：
- 插头：保护接地导体 (PE) 不连续的风险。
- 电缆：电缆绝缘受到机械损坏的风险（车辆轮胎滚动压碎、重复操作……）
- 电动汽车：由于基本保护（事故、汽车维修等）被破坏而导致接触车内充电器（1类）有源部件的风险
- 潮湿或盐水潮湿的环境（电动汽车入口处有雪、下雨……）
考虑到这些增加的风险，IEC 60364-7-722 规定：
- 必须使用 RCD 30mA 进行额外保护
- 根据 IEC 60364-4-41 附录 B2，不允许采取“够不着”的保护措施
- 不允许采取符合 IEC 60364-4-41 附录 C 的特殊保护措施
- 使用符合 IEC 61558-2-4 的隔离变压器，对一台用电设备的电源进行电气隔离作为保护措施，隔离电路的电压不应超过 500 V。这是常用的模式 4 的解决方案。
通过自动断开电源来防止电击
以下段落提供了 IEC 60364-7-722:2018 标准的详细要求（基于条款 411.3.3、531.2.101 和 531.2.1.1 等）。
每个交流连接点都应由剩余工作电流额定值不超过 30 mA 的剩余电流装置 (RCD) 单独保护。
根据 722.411.3.3 保护每个连接点的 RCD 应至少符合 A 型 RCD 的要求，并应具有不超过 30 mA 的额定剩余工作电流。
如果电动汽车充电站配备符合 IEC 62196 的插座或车辆连接器（所有部件——“插头、插座、车辆连接器和车辆入口——电动汽车的传导充电”），直流故障保护措施电动汽车充电站提供的除外。
每个连接点的适当措施如下：
- 使用 B 型 RCD，或
- 将 A 型（或 F）型 RCD 与符合 IEC 62955 的残余直流检测装置 (RDC-DD) 结合使用
RCD 应符合以下标准之一：IEC 61008-1、IEC 61009-1、IEC 60947-2 或 IEC 62423。
RCD 应断开所有带电导体。
下面的图 EV23 和 EV24 总结了这些要求。
图 EV23 – 两种防电击解决方案（EV 充电站，模式 3）
图 EV24 – IEC 60364-7-722 的综合要求，通过自动断开电源与 RCD 30mA 提供额外的电击保护
| 模式 1 & 2 | 模式3 | 模式4 |
| RCD 30mA A型 | RCD 30mA B 型，或 RCD 30mA A 型 + 6mA RDC-DD，或 RCD 30mA F型+6mA RDC-DD | 不适用 （无交流连接点和电气隔离） |
笔记：
- RCD 或确保在发生直流故障时断开电源的适当设备可以安装在 EV 充电站内部、上游配电盘中或两个位置。
- 需要上述特定 RCD 类型，因为电动汽车中包含的 AC/DC 转换器用于为电池充电，可能会产生直流泄漏电流。
首选选项是什么，RCD 类型 B 或 RCD 类型 A/F + RDC-DD 6 mA？
比较这两种解决方案的主要标准是对电气装置中其他 RCD 的潜在影响（致盲风险），以及 EV 充电服务的预期连续性，如图 EV25 所示。
图 EV25 – RCD B 型和 RCD A 型 + RDC-DD 6mA 解决方案的比较
| 比较标准 | EV 电路中使用的保护类型 | |
| RCD B 型 | RCD 类型 A（或 F） + RDC-DD 6 毫安 | |
| A 型 RCD 下游的最大 EV 连接点数量，以避免致盲风险 | 0[] （不可能） | 最多 1 个 EV 连接点[] |
| 电动汽车充电站服务的连续性 | OK 导致跳闸的直流漏电流为 [15 mA … 60 mA] | 不建议 导致跳闸的直流漏电流为 [3 mA … 6 mA] 在潮湿环境中，或由于绝缘老化，此泄漏电流可能会增加至 5 或 7 mA，并可能导致误跳闸。 |
这些限制基于符合 IEC 61008 / 61009 标准的 A 型 RCD 可接受的最大直流电流。 有关致盲风险的更多详细信息以及将影响降至最低并优化安装的解决方案，请参阅下一段。
重要提示：这是仅有的两种符合 IEC 60364-7-722 防电击标准的解决方案。 一些 EVSE 制造商声称提供“内置保护装置”或“嵌入式保护”。 要了解有关风险的更多信息并选择安全的充电解决方案，请参阅标题为电动汽车充电安全措施的白皮书
尽管存在产生直流泄漏电流的负载，但如何在整个安装过程中实施人员保护
EV 充电器包括 AC/DC 转换器，可能会产生 DC 泄漏电流。 EV 电路的 RCD 保护（或 RCD + RDC-DD）允许此直流泄漏电流通过，直到达到 RCD/RDC-DD 直流跳闸值。
可流经 EV 电路而不跳闸的最大直流电流为：
- 60 mA 对于 30 mA RCD B 型（2*IΔn，符合 IEC 62423）
- 6 mA 用于 30 mA RCD Type A（或 F）+ 6mA RDC-DD（根据 IEC 62955）
为什么此直流漏电流可能会成为安装的其他 RCD 的问题
电气装置中的其他 RCD 可能会“看到”此直流电流，如图 EV26 所示：
- 无论接地系统（TN、TT）如何，上游 RCD 都将承受 100% 的直流泄漏电流
- 并联安装的 RCD 只会看到该电流的一部分，仅适用于 TT 接地系统，并且仅当它们保护的电路发生故障时。 在TN接地系统中，通过B型RCD的直流漏电流通过PE导体回流，因此并联的RCD无法看到。
图 EV26 – 串联或并联的 RCD 受到 B 型 RCD 允许通过的直流漏电流的影响
B 型以外的 RCD 无法在存在直流泄漏电流的情况下正常工作，如果该电流过高，则可能会“失明”：它们的磁芯将被该直流电流预磁化，并且可能对交流故障不敏感电流，例如，在交流故障（潜在危险情况）的情况下，RCD 将不再跳闸。 这有时被称为 RCD 的“失明”、“失明”或脱敏。
IEC 标准定义了用于测试不同类型 RCD 正确运行的（最大）直流偏移：
- F 型为 10 mA，
- A 型为 6 mA
- AC 型为 0 mA。
也就是说，考虑到 IEC 标准定义的 RCD 的特性：
- 无论 EV RCD 选项如何（B 型或 A + RDC-DD 型），AC 型 RCD 都不能安装在任何 EV 充电站的上游
- A 型或 F 型 RCD 最多可安装在一个 EV 充电站的上游，且仅当该 EV 充电站受 A（或 F）型 RCD + 6mA RCD-DD 保护时
RCD 型 A/F + 6mA RDC-DD 方案在选择其他 RCD 时影响较小（闪烁效果较小），但在实践中也非常有限，如图 EV27 所示。
图 EV27 – 最多一个受 A/F 型 RCD + 6mA RDC-DD 保护的 EV 站可以安装在 A 型和 F 型 RCD 的下游
确保安装中 RCD 正确运行的建议
一些可能的解决方案，以尽量减少 EV 电路对电气装置的其他 RCD 的影响：
- 在电气架构中尽可能高地连接 EV 充电电路，使其与其他 RCD 并联，以显着降低致盲风险
- 尽可能使用 TN 系统，因为对并联的 RCD 没有致盲效应
- 对于 EV 充电电路上游的 RCD，
选择 B 型 RCD，除非您只有 1 个使用 A 型 + 6mA RDC-DD 或的 EV 充电器
选择非 B 型 RCD，这些 RCD 旨在承受超出 IEC 标准要求的指定值的直流电流值，而不会影响其交流保护性能。 以施耐德电气产品系列为例：Acti9 300mA A 型 RCD 可以在不致盲的情况下运行，上游多达 4 个由 30mA B 型 RCD 保护的 EV 充电电路。 如需更多信息，请参阅 XXXX 电气接地故障保护指南，其中包括选择表和数字选择器。
您还可以在 F 章 - 存在直流漏地电流时的 RCD 选择中找到更多详细信息（也适用于电动汽车充电以外的场景）。
EV充电电路图示例
以下是符合 IEC 3-60364-7 标准的模式 722 中 EV 充电电路的两个电气图示例。
图 EV28 – 模式 3 中一个充电站的电气图示例（@home – 住宅应用）
- EV充电专用电路，40A MCB过载保护
- 使用 30mA RCD 类型 B（也可以使用 30mA RCD 类型 A/F + RDC-DD 6mA）来防止电击
- 上游 RCD 是 A 型 RCD。 这只能归功于此 XXXX Electric RCD 的增强特性：没有 B 型 RCD 通过的漏电流致盲的风险
- 还集成了浪涌保护装置（推荐）
图 EV29 – 带有 3 个连接点（商业应用、停车……）的一个充电站（模式 2）的电气图示例
- 每个连接点都有自己的专用电路
- 30mA RCD B型防触电保护，每个连接点一个（也可使用30mA RCD A/F + RDC-DD 6mA）
- 过压保护和 B 型 RCD 可安装在充电站中。 在这种情况下，充电站可以从带有单个 63A 电路的配电盘供电
- iMNx：某些国家/地区法规可能要求在公共区域对 EVSE 进行紧急切换
- 未显示浪涌保护。 可添加到充电站或上游配电盘（取决于配电盘与充电站之间的距离）
防止瞬态过电压
电力网络附近的雷击产生的电涌会传播到网络中，而不会发生任何明显的衰减。 因此，低压装置中可能出现的过电压可能会超过标准 IEC 60664-1 和 IEC 60364 推荐的可接受的耐受电压水平。因此，根据 IEC 17409 设计的过电压类别为 II 的电动车辆应防止可能超过 2.5 kV 的过电压。
因此，IEC 60364-7-722 要求安装在公众可接触到的位置的 EVSE 受到瞬态过电压的保护。 这是通过使用符合 IEC 1-2 的 61643 类或 11 类浪涌保护装置 (SPD) 来确保的，安装在为电动汽车供电的配电盘中或直接安装在 EVSE 内，保护等级 Up ≤ 2.5 kV。
通过等电位连接进行浪涌保护
实施的第一个保护措施是一种介质（导体），可确保 EV 装置的所有导电部件之间的等电位连接。
目的是连接所有接地导体和金属部件，以便在已安装系统的所有点产生相等的电位。
室内 EVSE 电涌保护 – 无防雷系统 (LPS) – 公共接入
IEC 60364-7-722 要求为所有公共场所提供瞬态过电压保护。 可以应用选择 SPD 的常用规则（参见 J 章 – 过压保护）。
图 EV30 – 室内 EVSE 的电涌保护 – 无防雷系统 (LPS) – 公共接入
当建筑物不受防雷系统保护时：
- 主低压配电盘 (MLVS) 中需要类型 2 SPD
- 每个 EVSE 都配有专用电路。
- 每个 EVSE 中都需要额外的 2 类 SPD，除非从主面板到 EVSE 的距离小于 10m。
- 负载管理系统 (LMS) 也推荐使用 3 类 SPD 作为敏感电子设备。 这种 3 类 SPD 必须安装在 2 类 SPD 的下游（通常建议或要求安装 LMS 的配电盘）。
室内 EVSE 的电涌保护 – 使用母线槽安装 – 无防雷系统 (LPS) – 公共接入
此示例与前一个示例类似，不同之处在于使用母线槽（母线槽系统）将能量分配给 EVSE。
图 EV31 – 室内 EVSE 的电涌保护 – 无防雷系统 (LPS) – 使用母线槽安装 – 公共接入
在这种情况下，如图 EV31 所示：
- 主低压配电盘 (MLVS) 中需要类型 2 SPD
- EVSE 由母线槽供电，SPD（如果需要）安装在母线槽分接箱内
- 在为 EVSE 馈电的第一个母线槽出口中需要额外的 2 类 SPD（因为通常与 MLVS 的距离超过 10m）。 以下 EVSE 距离小于 10m 时也受此 SPD 保护
- 如果这个额外的 2 类 SPD 的 Up < 1.25kV（在 I(8/20) = 5kA），则无需在母线槽上添加任何其他 SPD：所有后续 EVSE 都受到保护。
- 负载管理系统 (LMS) 也推荐使用 3 类 SPD 作为敏感电子设备。 这种 3 类 SPD 必须安装在 2 类 SPD 的下游（通常建议或要求安装 LMS 的配电盘）。
室内 EVSE 的电涌保护 – 带防雷系统 (LPS) – 公共接入
图 EV32 – 室内 EVSE 的电涌保护 – 带防雷系统 (LPS) – 公共接入
当建筑物受到防雷系统 (LPS) 保护时：
- 主低压配电盘 (MLVS) 中需要 1+2 型 SPD
- 每个 EVSE 都配有专用电路。
- 每个 EVSE 中都需要额外的 2 类 SPD，除非从主面板到 EVSE 的距离小于 10m。
- 负载管理系统 (LMS) 也推荐使用 3 类 SPD 作为敏感电子设备。 这种 3 类 SPD 必须安装在 2 类 SPD 的下游（通常建议或要求安装 LMS 的配电盘）。
注意：如果您使用母线槽进行配电，则应用示例中显示的规则而不使用 LTS，MLVS 中的 SPD 除外 = 使用类型 1+2 SPD 而不是类型 2，因为 LPS。
室外 EVSE 的电涌保护 – 无防雷系统 (LPS) – 公共接入
图 EV33 – 室外 EVSE 的电涌保护 – 无防雷系统 (LPS) – 公共接入
在这个例子中：
主低压配电盘 (MLVS) 中需要类型 2 SPD
子面板中需要额外的 2 类 SPD（距离 MLVS 的距离通常 >10m）
此外：
当 EVSE 与建筑结构相连时：
使用建筑物的等电位网络
如果 EVSE 距离子面板小于 10m，或者如果安装在子面板中的 2 型 SPD Up < 1.25kV（在 I(8/20) = 5kA），则不需要额外的 SPD电动汽车服务公司
当 EVSE 安装在停车区并配有地下电线时：
每个 EVSE 应配备一个接地棒。
每个 EVSE 应连接到等电位网络。 该网络还必须连接到建筑物的等电位网络。
在每个 EVSE 中安装一个 2 型 SPD
负载管理系统 (LMS) 也推荐使用 3 类 SPD 作为敏感电子设备。 这种 3 类 SPD 必须安装在 2 类 SPD 的下游（通常建议或要求安装 LMS 的配电盘）。
室外 EVSE 的电涌保护 – 带防雷系统 (LPS) – 公共接入
图 EV34 – 室外 EVSE 的电涌保护 – 带防雷系统 (LPS) – 公共接入
主楼设有避雷针（避雷系统）以保护建筑物。
在这种情况下：
- 主低压配电盘 (MLVS) 中需要类型 1 SPD
- 子面板中需要额外的 2 类 SPD（距离 MLVS 的距离通常 >10m）
此外：
当 EVSE 与建筑结构相连时：
- 使用建筑物的等电位网络
- 如果 EVSE 距离子面板小于 10m，或者如果安装在子面板中的 2 型 SPD Up < 1.25kV（在 I(8/20) = 5kA），则无需添加额外的 SPD在 EVSE
当 EVSE 安装在停车区并配有地下电线时：
- 每个 EVSE 应配备一个接地棒。
- 每个 EVSE 应连接到等电位网络。 该网络还必须连接到建筑物的等电位网络。
- 在每个 EVSE 中安装一个 1+2 型 SPD
负载管理系统 (LMS) 也推荐使用 3 类 SPD 作为敏感电子设备。 这种 3 类 SPD 必须安装在 2 类 SPD 的下游（通常建议或要求安装 LMS 的配电盘）。
