Защитата срещу електрическо претоварване е от първостепенно значение при зареждане на електрически превозни средства с висока мощност. Зареждащият уред за електромобили с мощност 7 kW 32A използва излишни защитни механизми, съответстващи на стандартите, за да предотврати катастрофални неизправности по време на работа.
Прекъсвачите и предпазниците са основната ни защита срещу прекалено голям ток, който преминава през електрическите системи. Те прекъсват захранването почти веднага, щом се прескочат определени граници. Термомагнитните прекъсвачи работят по два начина. Магнитната част действа много бързо при тези внезапни късо съединения, при които токът скочи поне три пъти повече, отколкото трябва. Междувременно, термичният аспект отнема повече време, но се справя със ситуации, в които има твърде много ток, който тече непрекъснато. Когато се занимавате с нещо като зарядно устройство с 32 ампера, повечето експерти препоръчват да използвате 40 амперни вериги. Това следва насоките от IEC 60364-5-52, които по същество казват, че трябва да оставим малко въздух за нормални колебания. Ако тези предпазни мерки не са на място, жиците могат да се прегряват доста бързо. Изолацията започва да се разпада само след няколко минути на превишен ток, което води до сериозни проблеми по пътя.
Следването на стандартите на IEC 61851 означава да получите тези отговорни мерки за безопасност точно по целия план. Това, което прави стандартът всъщност е да зададе специфични точки на излитане на около 110 до 125 процента от нормалните нива на тока. Вземете зарядно устройство с 32 ампера като пример за случая. Прекъсвачите трябва да се включат преди да достигнат 41 ампера, когато има постоянен източник на енергия, всичко в рамките на определени времеви граници. Тази защита работи както за самото зареждащо оборудване, така и за тези деликатни системи за управление на батериите на електрическите превозни средства, които могат лесно да бъдат повредени. Повечето производители в наши дни са започнали да използват това, което наричат двоен етап на контрол на тока. Това помага да се разграничат кратките скокове в потреблението на енергия, като когато колите обменят информация по време на стартиране, от реални проблеми, когато прекалено много електричество продължава да тече през системата за продължителни периоди.
| Параметър за защита | Изискване на IEC 61851 | Цел |
|---|---|---|
| Отговор на претоварване | 125% номинална ток | Предотвратяване на разграждането на проводниците |
| Пътуване на къса верига | 5 ms при ток ≥ 300% | Елиминиране на риска от дъгов разряд |
| Непрекъснат допуск | +5% стабилност на тока | Гарантиране на безопасна непрекъсната доставка от 7 kW |
Зареждането в режим 3 изисква непрекъснат поток на ток от 32 А през оборудването за зареждане на електрически превозни средства в продължение на дълги периоди, което надхвърля значително възможностите на повечето домашни електрически системи. Точното измерване на тока с точност около ±0,5% е задължително и обикновено се постига чрез сензори с ефект на Хол, които позволяват на операторите да следят условията в реално време и едновременно с това блокират досадните колебания в мрежата. Ако тази прецизност липсва, дори толкова малък превишаващ ток като 2 А, продължаващ само половин час, според стандартите на UK Electrical Safety First, може да повиши температурата на кабелите почти с 40 градуса по Целзий, което потенциално води до разтапяне на изолационните слоеве. Правилното извършване на тези измервания прави цялата разлика за поддържане на стабилна мощност от 7 kW, без да се поемат рискове за безопасността или да се намали животът на оборудването в бъдеще.
NTC термисторите, чието име означава Negative Temperature Coefficient (Отрицателен температурен коефициент), следят вътрешната температура, особено около модулите на силовата електроника и свързващите елементи, където има тенденция да се натрупва топлина. Системата внимателно наблюдава когато компонентите започнат да се загряват твърде много, обикновено над около 85 градуса по Целзий. В този момент сензорите се активират и незабавно спират процеса на зареждане. Това се различава от просто поставянето на един сензор някъде, тъй като множество точки в цялата система засичат горещи петна, преди те да предизвикат проблеми. Производителите тестват всички тези защитни функции според стандарти, зададени от IEC 62955 за сценарии на топлинен пробив, за да се гарантира правилното функциониране при реални условия.
Според стандарт EN 61851-1, приложение D, повечето съвременни зарядни устройства намаляват изходния ток до около 28 ампера, когато температурата на околната среда надвиши 35 градуса по Целзий. Това представлява намаление от приблизително 12,5%, което осигурява безопасна работа на устройството. Каква е причината за тази вградена корекция? Тя всъщност помага за борбата с натрупването на топлина в дългосрочен план. Какво означава това на практика? По-дълъг живот на оборудването! Някои проучвания показват, че продуктите могат да служат около 30% по-дълго при активирана тази функция. Освен това предпазва изолационните материали от преждевременно разрушаване. Днешните зарядни станции извършват всички тези изчисления в реално време чрез специализиран софтуер и системи за управление, разработени специално за целите на термичното управление.
За предпазване от токови удар при тези 7 kW 32A зарядни устройства за електрически превозни средства, устройствата за остатъчен ток (RCD) имат критично значение. Стандартните модели от тип A откриват обикновени токове от претоварване с променлив ток, но когато става въпрос за ЕПС, ни трябва нещо по-добро. Тук идва на помощ RCD от тип B, тъй като може да засече онези сложни пулсиращи постоянни токове при повреда, които възникват във вътрешността на преобразувателите на мощността в ЕПС. Стандартът IEC 61851 всъщност изисква тази функция, защото ако течът на постоянен ток остане незабелязан над 6 милиампера, съществува сериозен риск от електрошок. Повечето по-нови 7 kW зарядни устройства вече идват с вградена защита от тип B като стандартно оборудване. Това означава, че вече не се нуждаят от допълнителни нива на защита и потребителите получават непрекъсната защита през целия час на зареждане с 32A, без да се притесняват за прекъсвания в защитата.
Редовната проверка на системата за заземяване предотвратява опасно натрупване на електричество в корпусите на оборудването. Съвременните устройства за наблюдение на непрекъснатостта на заземяването измерват съпротивлението на жицата стотици пъти всяка секунда, като използват технологията на микроомметри. Тези системи автоматично спират работата, ако съпротивлението надвиши 0,3 ома според стандарта EN 50620. По-добрите модели могат да откриват проблеми с изолацията още преди те да се влошат, като засичат спадове под 1 мегаом с реакция по-бърза от един милисекунда. Това има голямо значение за инсталации, работещи при 32 ампера, където нивата на мощност достигат постоянно 7 киловата. Умни софтуерни системи непрекъснато сравняват промените в напрежението извън нормалните граници (+/- 10%) с известни модели на токови изтичания. Това помага да се избегнат лъжливи сигнали за тревога, като едновременно се осигури защита дори срещу малки дъгови повреди с ток само 5 милиампера.
Микропроцесорните системи вътре в днешните 7 кВт 32А зарядни устройства постоянно проверяват нива на ток и напрежение, като ги измерват 1000 пъти в секунда чрез сензорите за ефект на Хол, за които говорихме. Когато нещо отклони от нормата – например внезапен скок над или под 5% от номиналния ток от 32А или ако напрежението падне под 207 волта при стандартни 230V конфигурации – тези интелигентни системи го засичат и реагират в рамките на само 100 милисекунди. Такава бърза реакция значително надминава старите механични релета и спира опасните веригови реакции още преди да започнат. Това се потвърждава и от практически тестове; според докладите на МЕК от миналата година, бързодействащите решения намаляват случаите на електрически пожари почти с 94%. А има още подобрения, тъй като технологията за разпознаване на модели позволява на зарядните устройства да откриват проблеми още по-рано, като засичат характерните признаци на дъгов разряд и проблеми със заземяването задълго преди да се превърнат в сериозна заплаха за безопасността.
| Мониторингов параметър | Праг на откриване | Действие при отговор |
|---|---|---|
| Колебание на тока | ±5% от номинала 32А | Ограничаване на тока |
| Напрежение на варияция | ±10% от номиналното | Пауза при зареждане |
| Дъгови сигнатури | 8 mA RMS | Моментално изключване |
Процесът на зареждане спира автоматично, когато бъдат превишени важни граници. Когато съпротивлението на изолацията падне под 1 мегаом, това обикновено означава, че някъде прониква вода или че части започват да се износват, което може да доведе до опасни електрически удари. Ако напреженията отклонят твърде много от нормалните нива, например надвишавайки 253 волта или падайки под 207 волта, системата се изключва напълно, за да се защитят както зарядното устройство, така и електронните системи на автомобила. Тези два основни начина за откриване на проблеми са в съответствие с индустриални стандарти, установени от IEC 62196, а реални тестове от 2024 година показаха, че те предотвратяват опасности в около 96 процента от случаите. Всеки път, когато някой започне зареждане, специални тестове проверяват ефективността на заземяването, като изпращат миниатюрни напрежения под 12 волта. Системата непрекъснато следи съпротивлението по време на работа и ще прекъсне захранването веднага, ако нещо изглежда небезопасно. Специална електронна верига проверява нивата на напрежение на всеки 20 милисекунди, за да се предотврати прегряване при неочаквани скокове на напрежението.
Светът на международните стандарти е установил правила за електрическата безопасност, като специално се насочва към документи като IEC 60364-5-52 от 2019 г. и BS 7671:2018. Тези насоки по същество изискват при непрекъснати натоварвания да се спазва правило за намаляване на товара с 20% (80% от максималния капацитет). Това означава, че ако някой желае да инсталира зарядно устройство за електрическо превозно средство с ток 32 А, всъщност се изисква отделна верига с номинал 40 А, заделена само за тази цел. Когато инженерите изпълняват термични модели на такива системи, резултатите са доста показателни. Ако медни кабели с напречно сечение 6 мм² бъдат натоварени до пълния си капацитет от 32 А, без да се остави допълнителен запас, температурата им може да се повиши с повече от 15 градуса по Целзий. С течение на времето това натрупване на топлина оказва сериозно въздействие върху изолацията на кабелите. Преди да бъде извършена каквато и да е модернизация, електротехниците винаги трябва да проверяват колко свободно място остава в главния разпределителен панел. Пропускането на тази стъпка може да доведе до различни проблеми в бъдеще, включително чести изключвания на автоматичните предпазители, постепенно увреждане на проводниците и най-лошото – неуспешно минаване на задължителните проверки за съответствие при инспекции.
Според стандарта EN 50620:2017, оборудването трябва да включва монитори за ток на утечка (RCM), способни да откриват промени с големина от само плюс или минус 30 милиампера. Стандартът изисква и системи за стабилност на напрежението в реално време, които поддържат стабилна мощност на изхода в рамките на десет процента от нормалните нива по време на зареждане. За напреднали приложения прекъсвачи за ток на утечка, оборудвани с защита от преобреждане (RCBO), могат да засичат формиращи се пътища на утечка, дори когато те се развиват със скорост по-малка от три милиампера в секунда. Когато съпротивлението на изолацията падне под един мегаом, системите за наблюдение се активират и спират работата за малко над сто милисекунди. Тези комбинирани предпазни мерки помагат за предотвратяване на опасни ситуации като електрически шокове и потенциални пожари по време на колебания на мрежовото напрежение. Особеността на този подход е, че се избягва повтарянето на функции, вече вградени в устройства за ток на утечка от тип B и отделни термични системи за наблюдение, което води до по-ефективен общ дизайн на системата.
Основни изисквания за съответствие:
| Функция за безопасност | Праг | Време за реакция |
|---|---|---|
| Стабилност на напрежението | ±10% колебание | <200ms |
| Съпротивление на изолация | <1 МΩ | <100мс |
| Земно токово разтоварване | 30 mA дисбаланс | <300 мс |
Препоръчва се 40A верига за 32A зарядно, за да се осигури резерв за нормалните колебания на тока и да се предотврати прегряването.
Type B RCD могат да засичат пулсиращ DC ток за разтоварване, което стандартните Type A RCD не могат, като по този начин предлагат подобрена защита срещу риска от електрошок при приложения за зареждане на електромобили.
Изходната мощност при зареждане се намалява, когато температурата на околната среда надхвърли 35°C според EN 61851-1, приложение D, което помага за предотвратяване на прегряване и удължаване на живота на оборудването.
Автоматичното изключване се активира при достигане на критични граници, като например съпротивление на изолацията под 1 мегаом или значителни колебания на напрежението, което осигурява безопасност както за превозното средство, така и за зарядното устройство.
EN
