電動汽車充電浪湧保護
電動汽車充電——電氣安裝設計
電動汽車充電是低壓電氣裝置的新負載，可能會帶來一些挑戰。
IEC 60364 低壓電氣裝置 - 第 7-722 部分：特殊裝置或位置的要求 - 電動汽車用品中提供了安全和設計的具體要求。
圖 EV21 概述了 IEC 60364 對各種 EV 充電模式的應用範圍。
[a] 在街道充電站的情況下，“私人低壓安裝設置”是最小的，但 IEC60364-7-722 仍然適用於從公用事業連接點到電動汽車連接點。
圖 EV21 – IEC 60364-7-722 標準的適用範圍，該標准定義了將 EV 充電基礎設施集成到新的或現有的低壓電氣裝置中時的具體要求。
還應注意的是，符合 IEC 60364-7-722 強制要求電動汽車充電裝置的不同組件完全符合相關的 IEC 產品標準。 例如（並非詳盡無遺）：
- EV 充電站（模式 3 和 4）應符合 IEC 61851 系列的相應部分。
- 剩餘電流裝置 (RCD) 應符合以下標準之一：IEC 61008-1、IEC 61009-1、IEC 60947-2 或 IEC 62423。
- RDC-DD 應符合 IEC 62955
- 過電流保護裝置應符合 IEC 60947-2、IEC 60947-6-2 或 IEC 61009-1 或 IEC 60898 系列或 IEC 60269 系列的相關部分。
- 如果連接點是插座或車輛連接器，則應符合 IEC 60309-1 或 IEC 62196-1（不要求互換性），或 IEC 60309-2、IEC 62196-2、IEC 62196-3或 IEC TS 62196-4（需要互換性），或插座的國家標準，前提是額定電流不超過 16 A。
電動汽車充電對最大電力需求和設備尺寸的影響
如IEC 60364-7-722.311中所述，“應考慮在正常使用中，每個單個連接點以其額定電流或充電站配置的最大充電電流使用。 最大充電電流的配置方法只能通過使用鑰匙或工具進行，並且只能由技術人員或受過指導的人員使用。”
為一個連接點（模式 1 和 2）或一個電動汽車充電站（模式 3 和 4）供電的電路的大小應根據最大充電電流（或較低的值，前提是配置此值無法訪問）非技術人員）。
圖 EV22 – 模式 1、2 和 3 的常用定型電流示例
| 特徵： | 充電方式 | ||||
| 模式 1 & 2 | 模式3 | ||||
| 電路選型設備 | 標準插座 | 3.7kW 單相 | 7kW 單相 | 11kW 三個階段 | 22kW 三個階段 |
| 需要考慮的最大電流 @230 / 400Vac | 16A P+N | 16A P+N | 32A P+N | 16A P+N | 32A P+N |
IEC 60364-7-722.311 還指出“由於安裝的所有連接點可以同時使用，除非 EV 供電設備中包含負載控製或安裝了負載控制，否則配電電路的分集係數應視為等於 1上游，或兩者的結合。”
除非使用負載管理系統 (LMS) 來控制這些 EV 充電器，否則要考慮多個並聯的 EV 充電器的多樣性係數等於 1。
因此，強烈建議安裝 LMS 來控制 EVSE：它可以防止規模過大，優化電力基礎設施的成本，並通過避免電力需求峰值來降低運營成本。 有關帶有和不帶有 LMS 的架構示例，請參閱 EV 充電電氣架構，說明在電氣安裝上獲得的優化。 有關 LMS 不同變體的更多詳細信息，以及基於雲的 EV 充電分析和監督可能帶來的更多機會，請參閱 EV 充電 – 數字架構。 並查看智能充電觀點以獲得最佳 EV 集成，以了解智能充電的觀點。
導體佈置和接地系統
如 IEC 60364-7-722（條款 314.01 和 312.2.1）所述：
- 應提供專用電路用於從/向電動車輛傳輸能量。
- 在 TN 接地系統中，為連接點供電的電路不應包括 PEN 導體
還應驗證使用充電站的電動汽車是否存在與特定接地系統相關的限制：例如，某些汽車無法在 IT 接地系統中以模式 1、2 和 3 連接（例如：雷諾 Zoe）。
某些國家/地區的法規可能包括與接地系統和 PEN 連續性監控相關的附加要求。 示例：英國 TNC-TN-S (PME) 網絡的案例。 為了符合 BS 7671，在上游 PEN 斷路的情況下，如果沒有本地接地電極，則必須安裝基於電壓監控的補充保護。
電擊防護
電動汽車充電應用會增加觸電風險，原因如下：
- 插頭：保護接地導體 (PE) 不連續的風險。
- 電纜：電纜絕緣受到機械損壞的風險（車輛輪胎滾動壓碎、重複操作……）
- 電動汽車：由於基本保護（事故、汽車維修等）被破壞而導致接觸車內充電器（1類）有源部件的風險
- 潮濕或鹽水潮濕的環境（電動汽車入口處有雪、下雨……）
考慮到這些增加的風險，IEC 60364-7-722 規定：
- 必須使用 RCD 30mA 進行額外保護
- 根據 IEC 60364-4-41 附錄 B2，不允許採取“伸手可及”的保護措施
- 不允許採取符合 IEC 60364-4-41 附錄 C 的特殊保護措施
- 使用符合 IEC 61558-2-4 的隔離變壓器，將一項用電設備的電源進行電氣隔離作為保護措施，隔離電路的電壓不應超過 500 V。這是常用的模式 4 的解決方案。
通過自動斷開電源來防止電擊
以下段落提供了 IEC 60364-7-722:2018 標準的詳細要求（基於條款 411.3.3、531.2.101 和 531.2.1.1 等）。
每個交流連接點都應由剩餘工作電流額定值不超過 30 mA 的剩餘電流裝置 (RCD) 單獨保護。
根據 722.411.3.3 保護每個連接點的 RCD 應至少符合 A 型 RCD 的要求，並應具有不超過 30 mA 的額定剩餘工作電流。
如果電動汽車充電站配備符合 IEC 62196 的插座或車輛連接器（所有部件——“插頭、插座、車輛連接器和車輛入口——電動汽車的傳導充電”），直流故障保護措施電動汽車充電站提供的除外。
每個連接點的適當措施如下：
- 使用 B 型 RCD，或
- 將 A 型（或 F）型 RCD 與符合 IEC 62955 的殘餘直流檢測裝置 (RDC-DD) 結合使用
RCD 應符合以下標準之一：IEC 61008-1、IEC 61009-1、IEC 60947-2 或 IEC 62423。
RCD 應斷開所有帶電導體。
下面的圖 EV23 和 EV24 總結了這些要求。
圖 EV23 – 兩種防電擊解決方案（EV 充電站，模式 3）
圖 EV24 – 綜合 IEC 60364-7-722 要求，通過自動斷開電源與 RCD 30mA 提供額外的電擊保護
| 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 | 不適用 （無交流連接點和電氣隔離） |
筆記：
- RCD 或確保在發生直流故障時斷開電源的適當設備可以安裝在 EV 充電站內部、上游配電盤中或兩個位置。
- 需要上述特定 RCD 類型，因為電動汽車中包含的 AC/DC 轉換器用於為電池充電，可能會產生直流洩漏電流。
什麼是首選選項，RCD 類型 B 或 RCD 類型 A/F + RDC-DD 6 mA？
比較這兩種解決方案的主要標準是對電氣裝置中其他 RCD 的潛在影響（致盲風險），以及 EV 充電服務的預期連續性，如圖 EV25 所示。
圖 EV25 – RCD B 型和 RCD A 型 + RDC-DD 6mA 解決方案的比較
| 比較標準 | EV 電路中使用的保護類型 | |
| RCD B 型 | RCD A 型（或 F） + RDC-DD 6 毫安 | |
| A 型 RCD 下游的最大 EV 連接點數量，以避免致盲風險 | 0[] （不可能） | 最多 1 個 EV 連接點[] |
| 電動汽車充電站服務的連續性 | OK 導致跳閘的直流漏電流為 [15 mA … 60 mA] | 不建議 導致跳閘的直流漏電流為 [3 mA … 6 mA] 在潮濕環境中，或由於絕緣老化，此洩漏電流可能會增加至 5 或 7 mA，並可能導致誤跳閘。 |
這些限制基於符合 IEC 61008 / 61009 標準的 A 型 RCD 可接受的最大直流電流。 有關致盲風險的更多詳細信息以及將影響降至最低並優化安裝的解決方案，請參閱下一段。
重要提示：這是僅有的兩種符合 IEC 60364-7-722 防電擊標準的解決方案。 一些 EVSE 製造商聲稱提供“內置保護裝置”或“嵌入式保護”。 要了解有關風險的更多信息並選擇安全的充電解決方案，請參閱標題為電動汽車充電安全措施的白皮書
儘管存在產生直流洩漏電流的負載，但如何在整個安裝過程中實施人員保護
EV 充電器包括 AC/DC 轉換器，可能會產生 DC 洩漏電流。 EV 電路的 RCD 保護（或 RCD + RDC-DD）允許此直流洩漏電流通過，直到達到 RCD/RDC-DD 直流跳閘值。
可流過 EV 電路而不跳閘的最大直流電流為：
- 60 mA 對於 30 mA RCD B 型（2*IΔn，符合 IEC 62423）
- 6 mA 用於 30 mA RCD 類型 A（或 F）+ 6mA RDC-DD（根據 IEC 62955）
為什麼此直流漏電流可能會成為安裝的其他 RCD 的問題
電氣裝置中的其他 RCD 可能會“看到”此直流電流，如圖 EV26 所示：
- 無論接地系統（TN、TT）如何，上游 RCD 都將承受 100% 的直流洩漏電流
- 並聯安裝的 RCD 只會看到該電流的一部分，僅適用於 TT 接地系統，並且僅當它們保護的電路發生故障時。 在TN接地系統中，通過B型RCD的直流漏電流通過PE導體回流，因此並聯的RCD無法看到。
圖 EV26 – 串聯或併聯的 RCD 受到 B 型 RCD 允許通過的直流漏電流的影響
B 型以外的 RCD 無法在存在直流洩漏電流的情況下正常工作，如果該電流過高，則可能會“失明”：它們的磁芯將被該直流電流預磁化，並且可能對交流故障不敏感電流，例如，在交流故障（潛在危險情況）的情況下，RCD 將不再跳閘。 這有時被稱為 RCD 的“失明”、“失明”或脫敏。
IEC 標准定義了用於測試不同類型 RCD 正確運行的（最大）直流偏移：
- F 型為 10 mA，
- A 型為 6 mA
- AC 型為 0 mA。
也就是說，考慮到 IEC 標准定義的 RCD 的特性：
- 無論 EV RCD 選項如何（B 型或 A + RDC-DD 型），AC 型 RCD 都不能安裝在任何 EV 充電站的上游
- A 型或 F 型 RCD 最多可安裝在一個 EV 充電站的上游，且僅當該 EV 充電站受 A（或 F）型 RCD + 6mA RCD-DD 保護時
RCD 型 A/F + 6mA RDC-DD 方案在選擇其他 RCD 時影響較小（閃爍效果較小），但在實踐中也非常有限，如圖 EV27 所示。
圖 EV27 – 最多一個受 A/F 型 RCD + 6mA RDC-DD 保護的 EV 站可以安裝在 A 型和 F 型 RCD 的下游
確保安裝中 RCD 正常運行的建議
一些可能的解決方案，以盡量減少 EV 電路對電氣裝置的其他 RCD 的影響：
- 在電氣架構中盡可能高地連接 EV 充電電路，使其與其他 RCD 並聯，以顯著降低致盲風險
- 盡可能使用 TN 系統，因為對並聯的 RCD 沒有致盲效應
- 對於 EV 充電電路上游的 RCD，要么
選擇 B 型 RCD，除非您只有 1 個使用 A 型 + 6mA RDC-DD 或的 EV 充電器
選擇非 B 型 RCD，這些 RCD 旨在承受超出 IEC 標準要求的指定值的直流電流值，而不會影響其交流保護性能。 以施耐德電氣產品系列為例：Acti9 300mA A 型 RCD 可以在不致盲的情況下運行，上游多達 4 個由 30mA B 型 RCD 保護的 EV 充電電路。 如需更多信息，請參閱 XXXX 電氣接地故障保護指南，其中包括選擇表和數字選擇器。
您還可以在 F 章 - 存在直流漏地電流時的 RCD 選擇中找到更多詳細信息（也適用於電動汽車充電以外的場景）。
EV充電電路圖示例
以下是符合 IEC 3-60364-7 標準的模式 722 中 EV 充電電路的兩個電氣圖示例。
圖 EV28 – 模式 3 中一個充電站的電氣圖示例（@home – 住宅應用）
- EV充電專用電路，40A MCB過載保護
- 使用 30mA RCD 類型 B（也可以使用 30mA RCD 類型 A/F + RDC-DD 6mA）來防止電擊
- 上游 RCD 是 A 型 RCD。 這只能歸功於此 XXXX Electric RCD 的增強特性：沒有 B 型 RCD 通過的漏電流致盲的風險
- 還集成了浪湧保護裝置（推薦）
圖 EV29 – 帶有 3 個連接點（商業應用、停車……）的一個充電站（模式 2）的電氣圖示例
- 每個連接點都有自己的專用電路
- 30mA RCD B型防觸電保護，每個連接點一個（也可使用30mA RCD A/F + RDC-DD 6mA）
- 過壓保護和 B 型 RCD 可安裝在充電站中。 在這種情況下，充電站可以從帶有單個 63A 電路的配電盤供電
- iMNx：某些國家/地區法規可能要求在公共區域對 EVSE 進行緊急切換
- 未顯示浪湧保護。 可添加到充電站或上游配電盤（取決於配電盤與充電站之間的距離）
防止瞬態過電壓
電力網絡附近的雷擊產生的電湧會傳播到網絡中，而不會發生任何明顯的衰減。 因此，低壓裝置中可能出現的過電壓可能會超過標準 IEC 60664-1 和 IEC 60364 推薦的可接受的耐受電壓水平。因此，根據 IEC 17409 設計的過電壓類別為 II 的電動車輛應防止可能超過 2.5 kV 的過電壓。
因此，IEC 60364-7-722 要求安裝在公眾可接觸到的位置的 EVSE 受到瞬態過電壓的保護。 這是通過使用符合 IEC 1-2 的 61643 類或 11 類浪湧保護裝置 (SPD) 來確保的，安裝在為電動汽車供電的配電盤中或直接安裝在 EVSE 內，保護等級 Up ≤ 2.5 kV。
通過等電位連接進行浪湧保護
實施的第一個保護措施是一種介質（導體），可確保 EV 裝置的所有導電部件之間的等電位連接。
目的是連接所有接地導體和金屬部件，以便在已安裝系統的所有點產生相等的電位。
室內 EVSE 電湧保護 – 無防雷系統 (LPS) – 公共接入
IEC 60364-7-722 要求為所有公共場所提供瞬態過電壓保護。 可以應用選擇 SPD 的常用規則（參見 J 章 – 過壓保護）。
圖 EV30 – 室內 EVSE 的電湧保護 – 無防雷系統 (LPS) – 公共接入
當建築物不受防雷系統保護時：
- 主低壓配電盤 (MLVS) 中需要類型 2 SPD
- 每個 EVSE 都配有專用電路。
- 每個 EVSE 中都需要額外的 2 類 SPD，除非從主面板到 EVSE 的距離小於 10m。
- 負載管理系統 (LMS) 也推薦使用 3 類 SPD 作為敏感電子設備。 這種 3 類 SPD 必須安裝在 2 類 SPD 的下游（通常建議或要求安裝 LMS 的配電盤）。
室內 EVSE 的電湧保護 – 使用母線槽安裝 – 無防雷系統 (LPS) – 公共接入
此示例與前一個示例類似，不同之處在於使用母線槽（母線槽系統）將能量分配給 EVSE。
圖 EV31 – 室內 EVSE 的電湧保護 – 無防雷系統 (LPS) – 使用母線槽安裝 – 公共接入
在這種情況下，如圖 EV31 所示：
- 主低壓配電盤 (MLVS) 中需要類型 2 SPD
- EVSE 由母線槽供電，SPD（如果需要）安裝在母線槽分接箱內
- 在為 EVSE 饋電的第一個母線槽出口中需要額外的 2 類 SPD（因為通常與 MLVS 的距離超過 10m）。 以下 EVSE 距離小於 10m 時也受此 SPD 保護
- 如果這個額外的 2 類 SPD 具有 Up < 1.25kV（在 I(8/20) = 5kA），則無需在母線槽上添加任何其他 SPD：所有後續 EVSE 都受到保護。
- 負載管理系統 (LMS) 也推薦使用 3 類 SPD 作為敏感電子設備。 這種 3 類 SPD 必須安裝在 2 類 SPD 的下游（通常建議或要求安裝 LMS 的配電盤）。
室內 EVSE 的電湧保護 – 帶防雷系統 (LPS) – 公共接入
圖 EV32 – 室內 EVSE 的電湧保護 – 帶防雷系統 (LPS) – 公共接入
當建築物受到防雷系統 (LPS) 保護時：
- 主低壓配電盤 (MLVS) 中需要 1+2 型 SPD
- 每個 EVSE 都配有專用電路。
- 每個 EVSE 中都需要額外的 2 類 SPD，除非從主面板到 EVSE 的距離小於 10m。
- 負載管理系統 (LMS) 也推薦使用 3 類 SPD 作為敏感電子設備。 這種 3 類 SPD 必須安裝在 2 類 SPD 的下游（通常建議或要求安裝 LMS 的配電盤）。
注意：如果您使用母線槽進行配電，則應用示例中顯示的規則而不使用 LTS，MLVS 中的 SPD 除外 = 使用類型 1+2 SPD 而不是類型 2，因為 LPS。
室外 EVSE 的電湧保護 – 無防雷系統 (LPS) – 公共接入
圖 EV33 – 室外 EVSE 的電湧保護 – 無防雷系統 (LPS) – 公共接入
在這個例子中：
主低壓配電盤 (MLVS) 中需要類型 2 SPD
子麵板中需要額外的 2 類 SPD（距離 MLVS 的距離通常 >10m）
此外：
當 EVSE 與建築結構相連時：
使用建築物的等電位網絡
如果 EVSE 距離子麵板小於 10m，或者如果安裝在子麵板中的類型 2 SPD Up < 1.25kV（在 I(8/20) = 5kA），則不需要額外的 SPD EVSE
當 EVSE 安裝在停車區並配有地下電線時：
每個 EVSE 應配備一個接地棒。
每個 EVSE 應連接到等電位網絡。 該網絡還必須連接到建築物的等電位網絡。
在每個 EVSE 中安裝一個 2 型 SPD
負載管理系統 (LMS) 也推薦使用 3 類 SPD 作為敏感電子設備。 這種 3 類 SPD 必須安裝在 2 類 SPD 的下游（通常建議或要求安裝 LMS 的配電盤）。
室外 EVSE 的電湧保護 – 帶防雷系統 (LPS) – 公共接入
圖 EV34 – 室外 EVSE 的電湧保護 – 帶防雷系統 (LPS) – 公共接入
主樓設有避雷針（避雷系統）以保護建築物。
在這種情況下：
- 主低壓配電盤 (MLVS) 中需要類型 1 SPD
- 子麵板中需要額外的 2 類 SPD（距離 MLVS 的距離通常 >10m）
此外：
當 EVSE 與建築結構相連時：
- 使用建築物的等電位網絡
- 如果 EVSE 距離子麵板小於 10m，或者如果安裝在子麵板中的 2 型 SPD Up < 1.25kV（在 I(8/20) = 5kA），則無需添加額外的 SPD在 EVSE
當 EVSE 安裝在停車區並配有地下電線時：
- 每個 EVSE 應配備一個接地棒。
- 每個 EVSE 應連接到等電位網絡。 該網絡還必須連接到建築物的等電位網絡。
- 在每個 EVSE 中安裝一個 1+2 型 SPD
負載管理系統 (LMS) 也推薦使用 3 類 SPD 作為敏感電子設備。 這種 3 類 SPD 必須安裝在 2 類 SPD 的下游（通常建議或要求安裝 LMS 的配電盤）。
