电动汽车，电动汽车充电器和电动汽车的电涌保护
电动汽车：可靠地保护充电基础设施
随着电动汽车的日益普及以及新的“快速充电”技术，对可靠，安全的充电基础设施的需求也在增加。 实际的充电设备和所连接的车辆本身都需要防止过电压，因为它们都具有敏感的电子组件。
必须保护设备免受雷击以及网络侧的电源波动。 雷击直接造成的破坏是很难防止的，但是各种电子设备的真正危险却来自由此产生的电涌。 此外，所有连接到电网的电网侧电气开关操作都是电动汽车和充电站中电子设备的潜在危险源。 短路和接地故障也可以算作此设备损坏的可能原因之一。
为了防范这些电气风险，绝对有必要采取适当的保护措施。 必须保护昂贵的投资，并且相应的电气标准规定了适当的保护方法和手段。 有很多需要考虑的问题，因为不能用一种解决方案来解决所有危险源。 本文可帮助您识别交流和直流端的风险情况和相关的保护解决方案。
正确评估方案
例如，由直接或间接雷击进入交流（AC）网络引起的过电压必须减小到EV充电设备主分配器的输入。 因此，建议直接在主断路器之后安装电涌保护设备（SPD），该设备将冲击电涌电流传导到地面。 全面的雷电防护标准IEC 62305-1至4及其应用示例为它提供了很好的基础。 在那里，讨论了风险评估以及内部和外部的雷电防护。
在此情况下，描述各种关键任务应用的防雷等级（LPL）是决定性的。 例如，LPL I包括飞机塔，即使在直接雷击（S1）之后，该塔也必须仍在运行。 我还考虑了LPL医院； 在雷暴天气下设备还必须能够充分发挥功能并保护其免受火灾危害，以便人们始终尽可能地安全。
为了评估相应的情况，有必要评估雷击的风险及其影响。 为此，可以使用各种特性，从直接冲击（S1）到间接耦合（S4）。 结合各自的影响场景（S1-S4）和已确定的应用程序类型（LPL I- / IV），可以确定用于雷电和电涌保护的相应产品。
内部雷电防护的雷电防护等级分为四类：LPL I是最高等级，对于应用程序内部的最大脉冲负载，预期为100 kA。 这意味着在相应应用程序外部有200 kA的雷击。 其中，有50％排入地下，“剩余” 100 kA耦合到建筑物内部。 因此，在有直接雷击风险S1和应用雷电防护等级I（LPL I）的情况下，必须考虑相应的网络。 右侧的概述提供了每个导体所需的值：
充电基础设施的正确电涌保护
需要将类似的考虑因素应用于充电基础设施。 除了交流侧，对于某些充电塔技术，还必须考虑直流侧。 因此，有必要采用为电动汽车的充电基础设施提供的方案和值。 该简化的示意图示出了充电站的结构。 需要防雷等级LPL III / IV。 下图说明了场景S1至S4：
这些情况可能会导致多种形式的耦合。
这些情况必须通过防雷和浪涌保护来解决。 在这方面可以提供以下建议：
- 对于没有外部雷电保护（感应电流或互感；每个导体的值）的充电基础设施：此处仅发生间接耦合，并且仅需采取过压保护措施。 这也在表2中以8/20μs的脉冲形状显示，代表过电压脉冲。
在这种情况下，显示出通过架空线连接的直接和间接耦合，充电基础设施没有外部防雷保护。 在这里，通过架空线可以发现增加的雷击风险。 因此，有必要在交流侧安装防雷装置。 三相连接每条导体至少需要5 kA（10/350μs）的保护，请参阅表3。
- 对于带有外部避雷装置的充电基础设施：第4页上的插图显示名称LPZ，代表所谓的避雷区-即定义保护质量的避雷区。 LPZ0是没有保护的外部区域； LPZ0B表示该区域在外部雷电保护的“阴影中”。 LPZ1是指建筑物的入口，例如AC侧的入口。 LPZ2将代表建筑物内的另一个子分布。
在我们的场景中，我们可以假设需要LPZ0 / LPZ1防雷产品，因此将其指定为T1产品（类型1）（根据IEC或I等级为I级）。 在从LPZ1到LPZ2的过渡中，还谈到过电压保护T2（类型2），根据IEC或中等保护等级为II级。
在表4的示例中，这对应于交流连接4 x 12.5 kA的避雷器，即总雷电载流能力为50 kA（10/350μs）。 对于AC / DC转换器，必须选择适当的过压产品。 注意：在交流和直流侧，必须相应地执行此操作。
外部防雷的含义
对于充电站本身，正确解决方案的选择取决于充电站是否在外部防雷系统的保护区内。 在这种情况下，一个T2避雷器就足够了。 在室外区域，必须根据风险使用T1避雷器。 参见表4。
重要提示：其他干扰源也可能导致过压损坏，因此需要适当的保护。 例如，这些可以是在发出过电压的电气系统上的开关操作，也可以是通过插入建筑物的线路（电话，总线数据线）发生的操作。
一条有用的经验法则：引入或引出建筑物的所有金属电缆线，例如天然气，水或电，都是电涌电压的潜在传输元件。 因此，在进行风险评估时，应检查建筑物是否存在这种可能性，并应考虑适当的雷电/电涌保护措施，使其尽可能靠近干扰源或建筑物入口点。 下表5概述了可用的不同类型的电涌保护：
正确的类型和SPD可供选择
最小的钳位电压应施加到要保护的应用上。 因此，选择正确的设计和合适的SPD非常重要。
与传统的避雷器技术相比，LSP的混合技术可确保要保护的设备上的过电压负载最低。 通过最佳的过压保护，要保护的设备的电流大小可以忽略不计，只有安全尺寸和低能量含量（I2t）-上游剩余电流开关不会跳闸。
返回到电动汽车充电站的特定应用：如果充电设备距离主电涌保护器所在的主配电板超过十米，则必须在交流电的交流侧端子上直接安装一个额外的SPD。符合IEC 61643-12的站。
主配电板输入端的浪涌保护器必须能够在不具有主电源频率的交流网络中，在符合IEC 12.5-61643的表11的规定下，产生部分雷电流（每相1 kA），属于I类。雷击事件。 此外，它们必须没有泄漏电流（在预计量应用中），并且对低压网络故障可能引起的短期电压峰值不敏感。 这是保证使用寿命长和SPD可靠性高的唯一方法。 UL认证，理想的是根据UL 1-2th的1449CA或4CA型，确保了全球适用性。
根据这些要求，LSP的混合技术非常适合在主配电板的输入端进行交流保护。 由于无泄漏设计，这些设备也可以安装在仪表前区域。
特点：直流应用
电动移动性还利用了诸如快速充电和电池存储系统之类的技术。 DC应用在这里专门使用。 这需要专用的避雷器，其安全性要求也相应地得到了扩展，例如更大的空气和爬电距离。 与交流电压相比，由于直流电压没有过零，因此产生的电弧不能自动熄灭。 结果，容易发生火灾，这就是为什么必须使用适当的电涌保护装置的原因。
由于这些组件对过电压的反应非常敏感（抗干扰能力低），因此还必须使用适当的保护装置对其进行保护。 否则，它们可能会受到预损坏，从而大大缩短组件的使用寿命。
LSP通过其产品FLP-PV1000，提供了设计用于DC范围的解决方案。 它的主要特点包括紧凑的设计和特殊的高性能断开装置，可用于安全地熄灭开关电弧。 由于具有高的自熄能力，因此可以分离出25 kA的预期短路电流，例如由电池存储引起的短路电流。
因为FLP-PV1000是1型和2型避雷器，所以它可以普遍用于直流侧的电动汽车应用，作为避雷或电涌保护。 该产品的标称放电电流为每个导体20 kA。 为确保绝缘监控不受干扰，建议使用无泄漏电流的避雷器-FLP-PV1000也可保证这一点。
另一个重要方面是发生过压（Uc）时的保护功能。 FLP-PV1000在此可提供高达1000伏直流电的安全性。 当保护等级<4.0 kV时，可同时确保电动汽车的保护。 这些汽车必须保证4.0 kV的额定脉冲电压。 因此，如果接线正确，则SPD还可保护正在充电的电动汽车。 （图3）
FLP-PV1000提供相应的彩色显示屏，该显示屏提供有关产品生存能力的便捷状态信息。 通过集成的电信联系方式，还可以从远程位置进行评估。
普遍保护计划
LSP提供了市场上最全面的产品组合，可提供适用于任何情况的设备，并且数量不只一种。 对于上述所有情况，LSP产品都可以可靠地保护整个充电基础设施，包括通用的IEC＆EN解决方案和产品。
确保机动性
根据IEC 60364-4-44第443条，IEC 60364-7-722和VDE AR-N-4100的要求，保护充电基础设施和电动汽车免受雷击和电涌损坏。
清洁，快速，安静的电动汽车越来越受欢迎
快速增长的电动汽车市场引起了业界，公用事业，社区以及市民的极大兴趣。 运营商的目标是尽快盈利，因此防止停机至关重要。 这是通过在设计阶段加入全面的雷电和电涌保护概念来实现的。
安全–竞争优势
雷电影响和电涌危害充电系统中敏感电子设备的完整性。 不仅是危险的收费站，而且是客户的车辆。 停机或损坏很快就会变得昂贵。 除了维修费用外，您还冒失去客户信任的风险。 在这个新兴的技术市场中，可靠性是重中之重。
电动出行的重要标准
电动汽车充电基础设施必须考虑哪些标准？
IEC 60364标准系列包含安装标准，因此必须用于固定安装。 如果充电站不能移动并通过固定电缆连接，则它属于IEC 60364的范围。
IEC 60364-4-44，条款443（2007）提供了有关何时要安装电涌保护的信息。 例如，电涌是否会影响公共服务或商业和工业活动，以及是否安装了I + II…类过电压的敏感设备。
IEC 60364-5-53第534（2001）条涉及应选择WHICH电涌保护器以及如何安装的问题。
什么是新的
IEC 60364-7-722 –特殊安装或位置的要求–电动汽车的电源
从2019年60364月开始，新的IEC 7-722-XNUMX标准对于规划和安装连接点的电涌保护解决方案是强制性的，公众可以使用。
722.443防止大气引起的瞬态过电压或由于开关引起的过电压
722.443.4过压控制
公众可访问的连接点被认为是公共设施的一部分，因此必须加以保护以防止瞬态过电压。 与以前一样，根据IEC 60364-4-44第443条和IEC 60364-5-53第534条选择并安装电涌保护器。
VDE-AR-N 4100 –将客户设备连接到低压系统的基本规则
在德国，对于直接连接到低压系统的充电桩，还必须遵守VDE-AR-N-4100。
除其他事项外，VDE-AR-N-4100还描述了在主电源系统中使用的1型避雷器的其他要求，例如：
- 类型1的SPD必须符合DIN EN 61643 11（VDE 0675 6 11）产品标准
- 只能使用电压开关类型1 SPD（带有火花隙）。 禁止使用带有一个或多个压敏电阻或火花隙与压敏电阻并联的SPD。
- 类型1的浪涌保护器不得引起状态显示（例如LED）引起的工作电流
停机时间-不要让它停机
保护您的投资
保护充电系统 和 电动汽车遭受的损失不菲
- 到充电控制器和电池
- 到充电系统的控制，计数器和通信电子设备。
保护充电基础设施
电动汽车充电站的雷电和电涌保护
在长时间停放电动汽车的地方，需要充电站：在工作中，在家中，在停车场+乘车地点，多层停车场，地下停车场，公交车站（电动巴士）等。因此，目前在私人，半公共和公共区域中安装了越来越多的充电站（AC和DC）–因此，人们对综合保护概念的兴趣日益浓厚。 这些车辆太昂贵，投资也太高，无法承受雷击和电涌损坏的风险。
雷击–电子电路的风险
在雷暴天气下，控制器，计数器和通信系统的灵敏电子电路特别危险。
充电点相互连接的卫星系统仅需一次雷击就可以立即将其摧毁。
浪涌也会造成损坏
附近的雷击经常引起电涌，从而损坏基础设施。 如果在充电过程中发生这种电涌，则很可能还会损坏车辆。 电动汽车的电气强度通常高达2,500 V –但雷击产生的电压可能比该高20倍。
保护您的投资–防止损失
根据威胁的位置和类型，需要单独适应的防雷和电涌保护概念。
电动汽车的电涌保护
电动汽车市场正在发展。 替代驱动系统的注册量正在稳步增长，并且特别关注全国充电点的需求。 例如，根据德国BDEW协会的计算，一百万辆电动汽车（在德国）需要70.000个正常充电点和7.000个快速充电点。 市场上可以找到三种不同的充电原理。 除了基于感应原理的无线充电（目前在欧洲尚不常见）之外，电池更换站已被开发为对用户而言最方便的充电方法，作为进一步的选择。 然而，最普遍的充电方法是有线导电充电……这正是必须确保可靠且精心设计的雷电和电涌保护的地方。 如果由于其金属车身并因此遵循法拉第笼的原理，在雷暴天气中该汽车被认为是安全的地方，并且如果电子设备也相对安全而不受硬件损坏，则在导电充电期间情况会发生变化。 在导电充电期间，车辆电子设备现在连接到由电源系统供电的充电电子设备。 现在，过电压也可以通过与电源网络的电流连接而耦合到车辆中。 由于这种星座，很可能会造成雷击和过电压损坏，并且电子设备的过电压保护变得越来越重要。 充电基础设施中的电涌保护设备（SPD）提供了一种简单有效的方法来保护充电站的电子设备，尤其是汽车电子设备免受成本高昂的损害。
有线充电
这种装载设备的典型安装位置是在私人住宅车库或地下停车场的私人环境中。 充电站是大楼的一部分。 在此，每个充电点的典型充电容量高达22 kW，即所谓的常规充电，根据德国现行应用规则VDE-AR-N 4100，必须向额定功率≥3.6 kVA的电动汽车注册充电设备如果要安装的总额定功率> 12 kVA，甚至需要事先获得批准。 在此应特别提及IEC 60364-4-44，作为确定要提供的电涌保护要求的基础。 它描述了“针对因大气影响或开关操作而引起的瞬态过电压的保护”。 对于此处要安装的组件的选择，请参考IEC 60364-5-53。 LSP创建的选择辅助工具有助于选择相关的避雷器。 请看这里
充电模式4
最后但并非最不重要的一点是，充电模式4描述了所谓的> 22 kW的快速充电过程，大多数情况下使用的直流电目前最高可达350kW（可能高达400kW或更高）。 此类充电站主要位于公共区域。 这就是IEC 60364-7-722“特殊操作设施，房间和系统的要求-电动汽车的电源”发挥作用的地方。 明确要求在公共场所使用充电点时，要有过压保护措施，以防止由于大气影响或在开关操作期间产生的瞬态过电压。 如果充电站以充电点的形式安装在建筑物外部，则根据所选的安装地点选择所需的防雷和电涌保护。 符合IEC 62305-4：2006的防雷区（LPZ）概念的应用提供了有关正确设计避雷器和电涌放电器的更多重要信息。
同时，必须考虑通信接口的保护，尤其是对于壁装箱和充电站。 不仅应根据IEC 60364-4-44的建议考虑这一非常重要的接口，因为它代表了车辆，充电基础设施和能源系统之间的联系。 在此，为应用量身定制的保护模块也可确保电动汽车的可靠和安全运行。
浪涌保护系统对可持续交通的影响
为了高效，安全地为电动汽车充电，《低压法规》中针对该目的的设备制定了特定的说明：ITC-BT52。该说明强调必须在瞬态和永久电涌保护中使用特定的材料。 LSP量身定制了符合此标准的解决方案。
尽管目前西班牙可持续性汽车产业的比例不到1％，但据估计，到2050年，将有大约24万辆电动汽车，并且在十年内，这一数字将增加到2,4万辆。
汽车数量的这种变化减缓了气候变化。 但是，这种演变也意味着将提供这种新的清洁技术的基础设施也将进行调整。
防止电动汽车充电中的过电压
电动汽车的高效和安全充电是新系统可持续性的关键问题。
该充电应安全进行，以确保车辆和电气系统得到保护，并配备所有需要的保护装置，包括与过电压有关的保护装置。
在这方面，电动汽车的充电装置必须符合ITC-BT 52的规定，以保护所有电路免受瞬态和永久性浪涌保护的影响，这种瞬态和永久性浪涌保护会在装载过程中损坏汽车。
该规定是根据皇家法令在西班牙官方公报（真正的Decreto 1053/2014，京东方），其中批准了新的补充技术指令ITC-BT 52：“用于相关目的的设施。 电动汽车充电的基础设施»。
电工低压调节指令ITC-BT 52
该说明要求具有新的设施，用于为充电站供电，以及对从配电网向以下区域提供的现有设施进行改造：
- 在新的建筑物或停车场中，必须包括特定的电气设施以对电动汽车充电，该电动设施按照所引用的ITC-BT 52中的规定执行：
- a）在具有水平特性的建筑物的停车场中，必须通过社区区域（通过管道，通道，托盘等）进行主传导，以便可以将分支连接到位于停车场的充电站，如ITC-BT 3.2第52节所述。
- b）在合作社，企业或办公室的私人停车场中，为员工或同事或当地车辆仓库提供的必要设施必须为每40个停车位提供一个充电站。
- c）在永久性公共停车场中，将保证为每40个座位提供一个充电站的必要设施。
在将建筑项目提交第1053/2014号皇家法令后的某个日期提交给相应的公共管理部门进行处理时，可以认为建筑物或停车场是新建的。
皇家法令发布之前的建筑物或停车场有三年的时间来适应新法规。
- 在街道上，必须考虑必要的设施，以向位于区域或地方可持续交通计划中规划的电动汽车的充电站提供电力。
安装充电点的可能方案是什么？
该说明中已预见了电动汽车充电的安装图，如下所示：
集合或分支方案，在安装源中带有一个主计数器。
带有公用计数器的独立方案，用于房屋和充电站。
每个充电站都有计数器的个性化方案。
带有电路或附加电路的电动汽车充电方案。
ITC-BT 52的电涌保护器
必须保护所有电路免受暂时（永久）和瞬态过电压的影响。
瞬态电涌保护设备必须安装在设施起点附近或主板上。
2017年52月，发布了《 ITC-BT XNUMX应用技术指南》，建议采取以下措施：
–在计数器中央位置的入口处，在主计数器的上游或主开关旁边安装1型瞬态电涌保护。
–当充电站与上游的瞬变电涌保护装置之间的距离大于或等于10米时，建议在充电站旁边或内部安装一个附加的类型2瞬变电涌保护装置。
解决瞬态和永久性过电压的方法
在LSP中，我们拥有正确的解决方案，可有效保护瞬态和永久性电涌：
为了防止类型1的瞬态过电压，LSP提供了FLP25系列。 该元件可为建筑物入口处的电源线（包括直接雷电放电所产生的电源线）的瞬态过电压提供高度保护。
根据IEC / EN 1-2标准，它是61643型和11型保护器。 其主要特点是：
- 每极脉冲电流（边缘）为25 kA，保护等级为1,5 kV。
- 它由排气装置形成。
- 它具有保护状态的标志。
为了防止2型瞬态过电压和永久过电压，LSP建议使用SLP40系列。
保护您的电动车
电动汽车可以承受2.500V的冲击电压。 如果发生雷雨天气，可能传输到车辆的电压甚至比其承受的电压高20倍，即使在撞击时，也会对整个系统（控制器，计数器，通信系统，车辆）造成不可弥补的损害光束发生在一定距离处。
LSP为您提供必要的产品，以保护充电点免受瞬态和永久性电涌的影响，从而确保车辆的安全。 如果您有兴趣获得过电压保护，可以在此问题上依靠我们专家的帮助 此处.
总结
通用解决方案无法全面涵盖特殊情况-就像瑞士军刀无法替代功能齐全的工具集一样。 这也适用于EV充电站和电动汽车的环境，特别是因为理想情况下还应在保护解决方案中包括适当的测量，控制和调节仪器。 重要的是拥有合适的设备并根据情况做出正确的选择。 如果考虑到这一点，您将在电动汽车领域找到一个高可靠性的业务部门，并且是LSP的合适合作伙伴。
电动汽车是当今和未来的热门话题。 其进一步的发展取决于及时构建适当的网络充电站的必要性，这些充电站必须安全且运行中无差错。 这可以通过使用安装在电源线和检查线中的LSP SPD来实现，它们在其中保护充电站的电子组件。
电源保护
可以通过电源线以多种方式将过电压拖入充电站技术中。 通过使用LSP高性能雷击电流避雷器和FLP系列的SPD，可以可靠地将因通过配电网而引起的过电压问题最小化。
保护测控系统
如果我们要正确地操作上述系统，就必须防止修改或删除控制或数据电路中包含的数据的可能性。 上面提到的数据损坏可能是由过电压引起的。
关于LSP
LSP是AC＆DC电涌保护设备（SPD）的技术追随者。 自2010年成立以来，公司一直稳定增长。拥有25多名员工，拥有自己的测试实验室，LSP产品质量，可靠性和创新性得到保证。 大多数电涌保护产品均根据IEC和EN独立于国际标准（类型1至3）进行测试和认证。 客户来自广泛的行业，包括建筑/建筑，电信，能源（光伏，风能，一般发电和储能），电动汽车和铁路。 有关更多信息，请访问https://www.LSP-international.com.com。
