ما هي المعايير التي يجب أن تفي بها محطة شحن المركبات الكهربائية للتشغيل؟

السلامة الكهربائية والتثبيت: الامتثال للمادة NEC والكود الوطني

المادة NEC 625: المتطلبات الأساسية لمعدات تزويد الطاقة للمركبات الكهربائية (EVSE)

يحدد القسم 625 من الكود الكهربائي الوطني القواعد الأساسية للسلامة عند تركيب معدات شحن المركبات الكهربائية. ينص الكود على ألا تُ 설치 محطات الشحن في مناطق قد تتعرض فيها للإضراب بواسطة المركبات، ويجب أن يكون هناك مسافة لا تقل عن 18 بوصة بين قاع الوحدة وسطح الأرض، كما يجب أن تكون النماذج الخارجية مزودة بأغطية مقاومة للتلف الناتج عن المياه. ويوجد أيضًا شرط بإدراج مفتاح إيقاف طارئ يمكن رؤيته بوضوح من كل مكان لشحْن المركبات. بالإضافة إلى ذلك، يجب وضع علامات مناسبة على جميع الأجزاء التي تتعامل مع الجهد العالي، بحيث يعرف الفنيون بدقة ما يعملون عليه عند تنفيذ مهام الصيانة. تساعد هذه الإرشادات في الحفاظ على سلامة الجميع، وبضمان عمل المعدات بشكل صحيح على المدى الطويل.

حماية الدائرة من تسرب التيار (GFCI)، والتوصيل بالأرض، وحماية من زيادة التيار وفقًا للكود الكهربائي الوطني 2023

وفقًا لرمز الكهرباء الوطني لعام 2023، يجب أن تكون كل منافذ تجهيزات إمداد المركبات الكهربائية مزودة بحماية قاطع الدائرة العازلة للعيوب الأرضية. وتنفذ أجهزة GFCI قطع التيار عندما تتجاوز تيارات التسرب 20 ملي أمبير، وهو أمر بالغ الأهمية للحفاظ على سلامة الأشخاص ومنع صدماتهم الكهربائية. كما تساعد قواعد التأريض المحسّنة في إنشاء مسارات منخفضة المعاوقة للأعطال، ويجب أن تتماشى أجهزة حماية زيادة التيار مع القدرات التي يمكن أن تتحملها الموصلات. وبما أن شحن المركبات الكهربائية يُعدّ حملًا مستمرًا، يجب على الكهربائيين تصميم الدوائر بحيث تعمل فقط عند 80٪ من تصنيفها الأقصى. على سبيل المثال، لا يمكن لدائرة كهربائية تبلغ 50 أمبير أن تدعم فعليًا سوى حوالي 40 أمبير بشكل مستمر دون أن تسخن بشكل مفرط. وتتعاون جميع هذه الطبقات المختلفة من الحماية معًا للتصدي للأسباب الرئيسية لحدوث حرائق كهربائية نتيجة إعداد خاطئ لشحن المركبات الكهربائية في المنازل أو البيئات التجارية.

تحديد حجم الدائرة، قدرة تحمل الموصل للأمبير، واعتبارات إدارة الحرارة

عند تصميم الدوائر الخاصة بمحطات شحن المركبات الكهربائية، يجب على المهندسين الانتباه بدقة إلى هبوط الجهد عبر النظام. بالنسبة لشواحن المستوى 2 بشكل خاص، من الضروري الحفاظ على هذا الهبوط أقل من 5٪ لضمان كفاءة التشغيل وزيادة عمر المعدات المستخدمة. ويجب أن تفي الموصلات المستخدمة في هذه التركيبات بالمعايير المحددة في جدول NEC 310.16. ولكن هناك اعتبارًا آخر أيضًا: عندما ترتفع درجات الحرارة المحيطة فوق 86 درجة فهرنهايت، يجب تخفيض سعة هذه الموصلات نزولاً. ولهذا السبب يوصي العديد من المحترفين باستخدام أسلاك نحاسية مصنفة عند 90 درجة مئوية، حيث توفر حماية إضافية ضد تراكم الحرارة. كما تلعب أنظمة المراقبة الحرارية دورًا حيويًا أيضًا. تقوم هذه المستشعرات بتقليل تدفق التيار كلما بلغت درجات الحرارة الداخلية حوالي 140 درجة فهرنهايت. ويُساعد هذا الاستجابة التلقائية في منع الأضرار الناتجة عن ارتفاع درجة حرارة المكونات، خاصةً أن تدهور العزل يظل أحد الأسباب الرئيسية لفشل وحدات EVSE قبل أوانها في ظروف الاستخدام الفعلية.

شهادة المعدات والمعايير الدولية: UL، IEC، وISO

UL 2594 وUL 2231: شهادة السلامة لأنظمة الشحن التيار المتردد والتيار المستمر

تُعنى القيمة القياسية UL 2594 بضمان توافق معدات الشحن الكهربائي المتناوب مع متطلبات السلامة الكهربائية الأساسية، مثل مقاومة العزل المناسبة والحفاظ على تيارات التسرب ضمن الحدود الآمنة. ثم تأتي القيمة القياسية UL 2231 التي تركز على حماية العمال من خلال أنظمة مراقبة الأعطال الأرضية التي تعمل في الأنظمة المتناوبة والتيار المستمر على حد سواء. كما أن الحصول على الشهادة لا يقتصر على إجراءات ورقية فحسب، بل يجب أن تخضع المعدات لاختبارات صارمة في ظروف قاسية، بما في ذلك محاكاة الإجهاد الحراري عند وصول درجات الحرارة إلى حوالي 50 درجة مئوية. وترغب الشركات في حصول منتجاتها على الشهادة، لذا يجب أن تسمح للمفتشين بتفقد منشآتها وتُرسل نتائج اختبارات جديدة كل ثلاث سنوات للحفاظ على سريان الشهادة. وصدقوني يا سادة، إذا تجاهلت الشركات المصنعة هذه المعايير، فسنواجه عددًا كبيرًا جدًا من المشاكل في أنظمة الكهرباء المنزلية التي تفشل بسبب معدات رديئة الجودة.

IEC 61851-1 وIEC 62196: المعايير العالمية لواجهة الشحن وموصلات الشحن

يُحدد معيار IEC 61851-1 الطريقة التي تتواصل بها المركبات الكهربائية وأجهزة شحنها أثناء عملية الشحن، ويشمل أربع طرق شحن مختلفة تتوافق مع مستويات مختلفة من توصيل الطاقة. وفي الوقت نفسه، يتناول المعيار IEC 62196 الموصلات الفعلية من حيث تصميمها المادي. ويشمل ذلك الأنواع الشائعة مثل النوع 1 (المعروف أيضًا باسم J1772)، والنوع 2 (قابس Mennekes)، بالإضافة إلى إصدارات نظام الشحن المدمج (CCS). وتكتسب هذه المعايير أهمية كبيرة لأنها تتيح للأنظمة المختلفة العمل معًا بسلاسة. فعلى سبيل المثال، وعلى الرغم من أن موصلات CCS2 في أوروبا تبدو مختلفة عن نظيراتها الأمريكية CCS1، إلا أنها ما زالت تعمل بشكل صحيح معًا بفضل بروتوكولات الاتصال المشتركة بينهما. أما بالنسبة للتحمل والمتانة، فإن جميع الموصلات المعتمدة رسميًا يجب أن تحظى على الأقل بتصنيف IP54، ما يعني باختصار أنها قادرة على التحمل أمام الغبار ورش المياه من أي اتجاه دون أن تتعرض لعطل. ويضمن هذا المستوى من الحماية أداءً موثوقًا حتى في ظروف الطقس غير المثالية.

ISO 15118: تمكين الشحن التلقائي الآمن والتكامل بين المركبة والشبكة (V2G)

يُدخل معيار ISO 15118 نظام المصادقة الرقمية الآمنة من خلال إطار بنية المفتاح العام (PKI)، مما يجعل عملية الشحن التلقائي ممكنة عندما تتعرف المركبات على مالكيها تلقائيًا بفضل الشهادات الرقمية المصغرة المدمجة فيها. ما يميّز هذا المعيار حقًا هو قدرته على التعامل مع تدفق الطاقة ثنائي الاتجاه الخاص بتطبيقات المركبة إلى الشبكة (V2G) أيضًا. حيث تحدد المواصفات بروتوكولات تحكم في الطاقة مفصلة جدًا لضمان سير العمل بسلاسة. وفيما يتعلق بالتواصل بين المركبة وشاحنها، هناك خيارات مثل استخدام اتصال خطوط الكهرباء (Power Line Communication) أو كابلات الإيثرنت التقليدية، التي تتمتع بقدرة نقل بيانات تصل إلى حوالي 10 ميجابت في الثانية. ولا ينبغي إغفال أدوات إدارة الأحمال الذكية التي تأتي مدمجة بشكل قياسي. فهذه الميزات تقوم باستمرار بتعديل سرعة الشحن وفقًا للوضع الحالي للشبكة الكهربائية في كل لحظة، مما يساعد على منع حدوث أحمال زائدة خلال فترات الذروة.

التوافق في الاتصالات والشبكات: بروتوكولات OCPP وOCPI وSAE

OCPP 1.6J و2.0.1: الإدارة عن بعد، المراقبة، وتحديثات البرمجيات

يُمكّن بروتوكول نقطة الشحن المفتوحة، المعروف عمومًا باسم OCPP، محطات شحن المركبات الكهربائية من مصنّعين مختلفين من العمل معًا عن بُعد. وبوجود OCPP، يمكن للمشغلين مراقبة حالة المحطة في الوقت الفعلي، والحصول على تنبيهات تلقائية عند حدوث مشكلة في الاتصال أو عطل في الأجهزة، بالإضافة إلى إمكانية نشر تحديثات البرمجيات من موقع مركزي واحد بدلاً من إرسال الفنيين يدويًا طوال الوقت. جلب الإصدار 2.0.1 تحسينات أمنية كبيرة، تشمل تشفير الاتصالات والتوافق المدمج مع المعيار ISO 15118 الذي يسمح للمركبات بالشحن التلقائي بمجرد التوصيل. أما بالنسبة لأولئك الذين يديرون شبكات كبيرة من وحدات الشحن، فإن OCPP يتيح لهم تتبع كل جلسة شحن من خلال سجلات مفصلة تحتوي على قراءات العدادات، كما يمكنهم إرسال أوامر مثل إعادة تشغيل وحدة معطلة مباشرة من لوحة التحكم الخاصة بهم دون الحاجة إلى وجود شخص في الموقع الفعلي.

OCPI 2.2: تمكين التجوال والفوترة عبر الشبكات لمستخدمي المركبات الكهربائية

يُعد إصدار OCPI 2.2 حلاً يُمكّن من إنشاء اتفاقيات تجوال قياسية بين شبكات شحن المركبات الكهربائية المختلفة، بحيث يمكن للسائقين التوصيل في أي مكان دون عناء. ويجمع هذا النظام بين عناصر مثل رموز التفويض، وآلية بدء الجلسات، وجميع أنواع المعلومات الفورية حول توفر المحطات، وأسعارها، والتغيرات السريعة في الأسعار. وعندما يقوم شخص ما بتسجيل الدخول من خلال مزود الشحن الأساسي الخاص به، يحصل تلقائيًا على وصول إلى محطات متوافقة أخرى أيضًا. ويتم ترتيب جميع بيانات الجلسة تلقائيًا في الخلفية بين المنصات المختلفة. وتتيح واجهات برمجة التطبيقات القياسية هذه الاتصال بأنظمة دفع متنوعة، ما يعني أن المستخدمين يتلقون فاتورة شهرية واحدة تغطي جميع عمليات الشحن لديهم عبر الشبكات المختلفة.

توافق المقابس والتحول نحو نظام NACS في أمريكا الشمالية

J1772، CCS1، CHAdeMO، وNACS: التواجد المشترك والتحول الصناعي

تتضمن بيئة شحن المركبات الكهربائية في أمريكا الشمالية حاليًا أنواعًا متعددة من الموصلات. لدينا موصلات J1772 للشحن التيار المتردد من المستوى 2، ومنافذ CCS1 لجلسات الشحن الأسرع بالتيار المستمر، بالإضافة إلى محطات قديمة ما زالت تستخدم تقنية CHAdeMO. لكن يبدو أن السوق يتجه نحو ما يُعرف باسم معيار الشحن لأمريكا الشمالية، أو NACS اختصارًا. ويقدم هذا المعيار الجديد منفذًا واحدًا صغير الحجم قادرًا على تلبية احتياجات الشحن سواء بالتيار المتردد أو المستمر. وعند الاعتراف به رسميًا ضمن معايير SAE J3400 لاحقًا هذا العام، سيكون بمقدور NACS تقديم مستويات طاقة مذهلة تصل إلى 1 ميغاواط على الدوائر الكهربائية ذات التيار المستمر. كما أنه متصل بما يعتبره الكثيرون أكبر شبكة عامة للشحن متوفرة اليوم. وتخطط معظم شركات تصنيع السيارات الكبرى لتزويد مركباتها بمنافذ NACS مدمجة بدءًا من عام 2025 تقريبًا، ما يعني تقليل مشكلات المحولات بالنسبة للسائقين. أما بالنسبة لأولئك الذين يمرون بفترة الانتقال، فلا داعي للقلق كثيرًا. فمحطات CCS1 وJ1772 القديمة ستظل تعمل بفضل المحولات العالمية ووحدات الشحن متعددة المعايير. ويضمن هذا الإعداد استمرار العمل بسلاسة لمالكي المركبات الكهربائية الحاليين، مع التأكد في الوقت نفسه من عدم إهدار الاستثمارات في البنية التحتية على الأنظمة القديمة.

الامتثال التنظيمي والتشغيلي: القوانين المحلية ومواصفات الفنيين

اللوائح الحكومية والإقليمية: كاليفورنيا العنوان 24، نيويورك المجلد الإحصائي §32، وCSA C22.3 رقم 10

عندما يتعلق الأمر بمعدات تزويد المركبات الكهربائية (EVSE)، فإن اتباع الشيفرات الوطنية هو مجرد نقطة البداية. كما تلعب القواعد الإقليمية دورًا كبيرًا في تحديد الأماكن والطرق التي يتم بها تركيب هذه الأنظمة. فعلى سبيل المثال، تتطلب المادة 24 في كاليفورنيا أن تكون المباني الجديدة مجهزة ببنية تحتية جاهزة للمركبات الكهربائية، مع دوائر كهربائية مناسبة ومساحة كافية في لوحة التوزيع. وفي نيويورك، التي تقع عبر النهر، يركز قسم RevStat 32 على ضمان إمكانية الوصول إلى محطات الشحن العامة للجميع، مما يعني وجود لافتات واضحة وأنظمة دفع سهلة الاستخدام في المحطات نفسها. أما في الشمال، في كندا، فإن المعيار CSA C22.3 رقم 10 يتناول بشكل خاص كيفية اتصال المرافق بالشبكة وما نوع المسافات التي يجب الحفاظ عليها حول المعدات. وتتطلب معظم هذه اللوائح المحلية الحصول على تصاريح قبل بدء التركيب، بالإضافة إلى تقديم تقارير منتظمة عن العمليات. كما توجد حوافز مالية للشركات التي تتبع القواعد بشكل صحيح. وعلى الجانب الآخر، يمكن أن يؤدي عدم الالتزام بهذه الإرشادات إلى عواقب خطيرة، بما في ذلك غرامات تصل إلى خمسين ألف دولار أمريكي لكل مخالفة وفقًا لبيانات NREL لعام 2023، فضلاً عن تأخيرات كبيرة في إنجاز المشاريع في الوقت المحدد.

NFPA 70E و OSHA 1910.333: تدريب على السلامة الكهربائية لصيانة شواحن المركبات الكهربائية

عندما يتعلق الأمر بضمان سلامة الفنيين أثناء أعمال صيانة أنظمة الشحن الكهربائية (EVSE)، فهناك معايير محددة يجب اتباعها. يضع المعيار NFPA 70E إرشادات واضحة حول حدود القوس الكهربائي ويشترط ارتداء معدات واقية مقاومة للهب عند العمل على الأنظمة الكهربائية المشغّلة. وفي الوقت نفسه، يحدد لوائح OSHA 1910.333 متطلبات إجراءات القفل/الوسم السليمة، إلى جانب استخدام أدوات معزولة لأي عمل على الدوائر التي تتجاوز 50 فولت. وتشمل برامج التدريب عادةً عدة مجالات رئيسية، منها إجراء تقييمات شاملة للمخاطر قبل صيانة المعدات، ومعرفة الإجراءات الواجب اتخاذها في حالات الإيقاف الطارئة، خاصةً في حالات التسرّب الحراري النادرة ولكن الخطرة، والتحقق من وصلات التأريض، وهي نقطة بالغة الأهمية في محطات الشحن السريع بالتيار المستمر (DC). ويتعين على العمال حضور جلسات تنشيطية سنوية للحفاظ على حالة ترخيصهم. وتشهد الشركات التي تتبع بروتوكولات السلامة هذه انخفاضًا كبيرًا في إصابات مكان العمل، يصل إلى نحو 67 بالمئة وفقًا لبيانات BLS الحديثة لعام 2024. كما أنهم يتفادون فشل المعدات المكلف، الذي قد يتجاوز سبعمائة وأربعين ألف دولار أمريكي في كل مرة تحدث فيها مشكلة.

أسئلة شائعة

ما هو المقال 625 من الكود الأمريكي للتركيبات الكهربائية (NEC)؟

يُوفر المقال 625 من الكود الأمريكي للتركيبات الكهربائية (NEC) قواعد أمان أساسية لتركيب معدات تزويد المركبات الكهربائية بالطاقة، ويعالج جوانب مثل تحديد الموقع، ومتطلبات مفتاح إيقاف التشغيل في حالات الطوارئ، والملصقات الخاصة بالصيانة.

لماذا تعتبر حماية القاطع التفاضلي الحساس للأرض (GFCI) مهمة لمعدات تزويد المركبات الكهربائية (EVSE)؟

تُعد حماية القاطع التفاضلي الحساس للأرض (GFCI) أمرًا بالغ الأهمية لمنع الصدمات الكهربائية، حيث تعمل على فصل الدائرة عندما يتجاوز التسرب الكهربائي الحدود الآمنة، مما يحمي المستخدمين من المخاطر الكهربائية المحتملة.

كيف تؤثر المعايير الدولية مثل UL وIEC على سلامة معدات تزويد المركبات الكهربائية (EVSE)؟

تضمن المعايير الدولية مثل UL وIEC سلامة أنظمة الشحن التيار المتردد والتيار المستمر من خلال اختبارات صارمة، وتعزز التشغيل الموثوق وتقلل من المخاطر المرتبطة بالمعدات دون المستوى القياسي.

ما الدور الذي يؤديه المعيار ISO 15118 في شحن المركبات الكهربائية؟

يسهل المعيار ISO 15118 دمج تقنية الشحن بالتوصيل الآمن (Plug-and-Charge) وتمكين أنظمة نقل الطاقة من المركبة إلى الشبكة (Vehicle-to-Grid) من خلال بروتوكولات تحكم دقيقة في تدفق الطاقة، ما يعزز كفاءة بنية تحتية لشحن المركبات الكهربائية.

كيف تؤثر اللوائح المحلية على تركيبات معدات تزويد المركبات الكهربائية (EVSE)؟

تحدد اللوائح المحلية، مثل CA Title 24 وNY RevStat Section 32، متطلبات محددة لتركيبات EVSE، مما يضمن إمكانية الوصول والامتثال والسلامة من خلال التصاريح والإبلاغ المنتظم.