उच्च-शक्ति ईवी चार्जिंग में विद्युत ओवरलोड से बचाव सर्वोच्च प्राथमिकता है। 7kW 32A ईवी चार्जर संचालन के दौरान घातक विफलताओं को रोकने के लिए मानक-अनुपालन डुप्लीकेट संरक्षण तंत्र का उपयोग करता है।
सर्किट ब्रेकर और फ्यूज विद्युत प्रणालियों के माध्यम से बहने वाली अत्यधिक धारा के खिलाफ हमारी प्राथमिक सुरक्षा के रूप में काम करते हैं। एक बार निश्चित सीमाओं को पार करते ही वे लगभग तुरंत बिजली काट देते हैं। थर्मल चुंबकीय ब्रेकर वास्तव में दो तरीकों से काम करते हैं। चुंबकीय भाग उन अचानक लघु-परिपथों के लिए बहुत तेज़ी से काम करता है, जहाँ धारा कम से कम तीन गुना तक बढ़ जाती है। इस बीच, थर्मल पहलू अधिक समय लेता है, लेकिन उन परिस्थितियों को संभालता है जहाँ लगातार अत्यधिक धारा प्रवाहित हो रही होती है। जब 32 एम्पीयर चार्जर जैसी चीज़ के साथ काम कर रहे होते हैं, तो अधिकांश विशेषज्ञ 40 एम्पीयर सर्किट के साथ जाने की सिफारिश करते हैं। यह IEC 60364-5-52 दिशानिर्देशों का पालन करता है, जो मूल रूप से कहता है कि हमें सामान्य उतार-चढ़ाव के लिए कुछ स्थान छोड़ देना चाहिए। यदि ये सुरक्षा उपाय नहीं हैं, तो तार बहुत तेजी से अधिक गर्म हो सकते हैं। कुछ ही मिनटों के अतिरिक्त धारा के बाद इन्सुलेशन टूटना शुरू हो जाता है, जिससे आगे चलकर गंभीर समस्याएँ उत्पन्न होती हैं।
IEC 61851 मानकों का पालन करने का अर्थ है सुरक्षा प्रतिक्रियाओं को पूरे स्तर पर सही ढंग से प्राप्त करना। इस मानक द्वारा वास्तव में क्या किया जाता है, वह सामान्य धारा स्तर के लगभग 110 से 125 प्रतिशत पर विशिष्ट ट्रिप बिंदु निर्धारित करना है। एक 32 एम्पीयर चार्जर को उदाहरण के तौर पर लें। निरंतर बिजली की खपत के दौरान निश्चित समय सीमा के भीतर 41 एम्पीयर तक पहुँचने से पहले सर्किट ब्रेकर को सक्रिय होना चाहिए। यह सुरक्षा चार्जिंग उपकरण के साथ-साथ उन संवेदनशील इलेक्ट्रिक वाहन बैटरी प्रबंधन प्रणालियों दोनों के लिए काम करती है जो आसानी से क्षतिग्रस्त हो सकती हैं। आजकल अधिकांश निर्माता जिसे वे दोहर चरण धारा निगरानी कहते हैं, उसका उपयोग करना शुरू कर चुके हैं। इससे प्रणाली में लंबे समय तक बहुत अधिक बिजली प्रवाहित होने जैसी वास्तविक समस्याओं से अलग करने में मदद मिलती है, जैसे कि जब कारें स्टार्टअप के दौरान जानकारी का आदान-प्रदान कर रही हों, तो होने वाली बिजली की मांग में अल्पकालिक वृद्धि।
| सुरक्षा पैरामीटर | IEC 61851 आवश्यकता | उद्देश्य |
|---|---|---|
| अतिभार प्रतिक्रिया | 125% नामित धारा | चालक के क्षरण को रोकें |
| लघु-परिपथ ट्रिप | ≥300% धारा पर 5ms | आर्क फ्लैश के जोखिमों को खत्म करें |
| निरंतर सहिष्णुता | +5% धारा स्थिरता | सुरक्षित 7kW निरंतर आपूर्ति सुनिश्चित करें |
मोड 3 चार्जिंग में लंबे समय तक इलेक्ट्रिक वाहन चार्जिंग उपकरण के माध्यम से निरंतर 32A बिजली प्रवाह की आवश्यकता होती है, जो अधिकांश घरेलू विद्युत प्रणालियों द्वारा संभाले जा सकने की सीमा को काफी पार कर जाता है। यहाँ ±0.5% के आसपास सटीक धारा मापन आवश्यक है, जो आमतौर पर हॉल-इफेक्ट सेंसर के माध्यम से प्राप्त किया जाता है, जो ऑपरेटरों को वास्तविक समय में स्थितियों की निगरानी करने की अनुमति देते हैं और उन परेशान करने वाले ग्रिड उतार-चढ़ाव को अवरुद्ध करते हैं। यदि यह परिशुद्धता नहीं है, तो महज आधे घंटे तक रहने वाला 2A का अतिधारा UK इलेक्ट्रिकल सेफ्टी फर्स्ट मानकों के अनुसार केबल के तापमान में लगभग 40 डिग्री सेल्सियस की वृद्धि कर सकता है, जिससे इन्सुलेशन परत पिघल सकती है। इन मापनों को सही ढंग से करना सुरक्षा को जोखिम में डाले बिना या उपकरण के जीवनकाल को कम किए बिना स्थिर 7kW आउटपुट बनाए रखने के लिए बहुत बड़ा अंतर लाता है।
NTC थर्मिस्टर, जिसका अर्थ है नेगेटिव टेम्परेचर कोएफिशिएंट, आंतरिक तापमान पर विशेष रूप से उन पावर इलेक्ट्रॉनिक्स मॉड्यूल और कनेक्टर्स के आसपास नज़र रखते हैं जहाँ गर्मी जमा होने की प्रवृत्ति होती है। जब घटक बहुत अधिक गर्म होने लगते हैं, आमतौर पर लगभग 85 डिग्री सेल्सियस से ऊपर, तो प्रणाली निकट से निगरानी करती है। उस बिंदु पर, सेंसर सक्रिय हो जाते हैं और तुरंत चार्जिंग प्रक्रिया को बंद कर देते हैं। यह कहीं भी केवल एक सेंसर रखने से अलग है क्योंकि प्रणाली के विभिन्न बिंदुओं पर स्थापित सेंसर गर्म स्थानों को तब तक पकड़ लेते हैं जब तक कि वे समस्या न बन जाएं। निर्माता IEC 62955 द्वारा थर्मल रनअवे परिदृश्यों के लिए निर्धारित मानकों के अनुसार इन सभी सुरक्षा सुविधाओं का परीक्षण करते हैं, यह सुनिश्चित करते हुए कि वास्तविक दुनिया की परिस्थितियों में सब कुछ ठीक से काम करे।
मानक EN 61851-1 परिशिष्ट D के अनुसार, आजकल के अधिकांश चार्जर अपना आउटपुट लगभग 28 एम्पीयर तक कम कर देंगे जब परिवेश का तापमान 35 डिग्री सेल्सियस से ऊपर चला जाता है। इसका अर्थ है लगभग 12.5% कमी जो उपकरण के भीतर सुरक्षित संचालन बनाए रखता है। इस आंतरिक समायोजन के पीछे क्या कारण है? यह वास्तव में समय के साथ ऊष्मा के जमाव को कम करने में मदद करता है। व्यावहारिक रूप से इसका क्या अर्थ है? उपकरण का लंबा जीवन! कुछ अध्ययनों से पता चलता है कि इस सुविधा के सक्रिय होने से उत्पादों का जीवन लगभग 30% तक अधिक लंबा हो सकता है। इसके अतिरिक्त, यह इन्सुलेशन सामग्री के समय से पहले खराब होने को भी रोकता है। आज के चार्जिंग स्टेशन थर्मल प्रबंधन के उद्देश्य से विशेष रूप से विकसित सॉफ़्टवेयर और नियंत्रण तंत्र के माध्यम से इन सभी गणनाओं को वास्तविक समय में संभालते हैं।
7kW 32A इलेक्ट्रिक वाहन चार्जर्स में शॉक से बचाव के लिए, अवशिष्ट धारा उपकरण या RCDs महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। मानक प्रकार A मॉडल सामान्य AC लीकेज धाराओं को पकड़ते हैं, लेकिन जब बात इलेक्ट्रिक वाहनों की आती है, तो हमें कुछ बेहतर चाहिए। यहीं प्रकार B RCDs काम आते हैं, क्योंकि वे उन पल्सेटिंग DC दोषों को पहचान सकते हैं जो EV पावर कन्वर्टर्स के अंदर होते हैं। IEC 61851 मानक वास्तव में इस सुविधा की आवश्यकता होती है क्योंकि यदि 6 मिलीएम्पीयर से अधिक DC लीकेज को नजरअंदाज किया जाए, तो बिजली के झटके का गंभीर खतरा होता है। अधिकांश नए 7kW चार्जर अब मानक उपकरण के रूप में अंतर्निर्मित प्रकार B सुरक्षा के साथ आते हैं। इसका अर्थ है कि अब कोई अतिरिक्त सुरक्षा परतों की आवश्यकता नहीं है, और उपयोगकर्ताओं को 32A चार्जिंग के पूरे घंटे के दौरान सुरक्षा कवरेज में अंतराल की चिंता किए बिना निरंतर सुरक्षा प्राप्त होती है।
उपकरण के आवरण में खतरनाक बिजली के जमाव को रोकने के लिए भू-संपर्क प्रणाली की नियमित जाँच करना महत्वपूर्ण है। आधुनिक भू-संपर्क निरंतरता निगरानी उपकरण माइक्रो-ओममीटर तकनीक के आधार पर हर सेकंड सैकड़ों बार तार के प्रतिरोध को मापते हैं। यदि प्रतिरोध EN 50620 मानकों के अनुसार 0.3 ओम से अधिक हो जाता है, तो ये प्रणाली स्वचालित रूप से संचालन बंद कर देती हैं। बेहतर मॉडल 1 मेगाओम से कम की गिरावट का पता लगाकर और एक मिलीसेकंड से भी तेज प्रतिक्रिया देकर तब तक विद्युत रोधन समस्याओं का पता लगा सकते हैं, जब तक वे गंभीर न हों। 32 एम्पियर पर संचालित होने वाले और लगातार 7 किलोवाट तक शक्ति पहुँचाने वाले सेटअप के लिए यह बहुत महत्वपूर्ण है। स्मार्ट सॉफ्टवेयर नियमित सीमा (+/- 10%) से बाहर वोल्टेज परिवर्तनों की ज्ञात रिसाव पैटर्न के साथ लगातार तुलना करता है। इससे छोटी चाप त्रुटियों जैसे कि केवल 5 मिलीएम्पियर धारा तक की सुरक्षा सुनिश्चित होती है, जबकि झूठी चेतावनियों से बचा जा सकता है।
आज के 7kW 32A चार्जरों के अंदर माइक्रोप्रोसेसर प्रणाली लगातार वर्तमान और वोल्टेज स्तरों की जांच करती रहती है, जिन्हें हम Hall प्रभाव सेंसर के बारे में बात कर रहे हैं, उनके माध्यम से प्रति सेकंड 1,000 बार नमूने लेकर। जब कुछ गलत होता है - जैसे कि 32A रेटिंग से ऊपर या नीचे अचानक स्पाइक होना, या यदि वोल्टेज 230V के मानक सेटअप में 207 वोल्ट से कम हो जाता है - तो ये स्मार्ट प्रणाली इसे पकड़ लेती है और केवल 100 मिलीसेकंड के भीतर प्रतिक्रिया करती है। इस तरह की त्वरित प्रतिक्रिया पुराने यांत्रिक रिले की तुलना में कहीं बेहतर है, खतरनाक श्रृंखला प्रतिक्रियाओं को शुरू होने से पहले ही रोक देती है। वास्तविक दुनिया के परीक्षण भी इसकी पुष्टि करते हैं; पिछले साल की IEC रिपोर्टों के अनुसार, त्वरित प्रतिक्रिया वाले डिजाइन से विद्युत आग में लगभग 94% तक की कमी आई है। और यह और भी बेहतर हो जाता है क्योंकि पैटर्न पहचान तकनीक इन चार्जरों को समस्याओं को और भी पहले पहचानने में सक्षम बनाती है, आर्किंग और ग्राउंडिंग संबंधी समस्याओं के उन संकेतों को लंबे समय पहले पकड़ लेती है जब तक कि वे गंभीर सुरक्षा खतरे न बन जाएं।
| निगरानी पैरामीटर | संसूचन सीमा | प्रतिक्रिया कार्रवाई |
|---|---|---|
| धारा उतार-चढ़ाव | 32A रेटिंग का ±5% | वर्तमान सीमा |
| वोल्टेज परिवर्तन | नाममात्र का ±10% | चार्जिंग विराम |
| आर्क सिग्नेचर | 8mA RMS | तत्काल बंद |
जब भी महत्वपूर्ण सीमाओं को पार किया जाता है, तो चार्जिंग प्रक्रिया स्वतः रुक जाती है। जब इन्सुलेशन प्रतिरोध 1 मेगाओम से कम हो जाता है, तो इसका आमतौर पर यह मतलब होता है कि कहीं पानी घुस रहा है या फिर पुरजे खराब होने लगे हैं, जिससे खतरनाक झटके लग सकते हैं। अगर वोल्टेज सामान्य स्तर से बहुत अधिक अलग हो जाए, जैसे 253 वोल्ट से ऊपर चला जाए या 207 वोल्ट से नीचे गिर जाए, तो सिस्टम पूरी तरह बंद हो जाता है ताकि चार्जर और कार के इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम दोनों सुरक्षित रहें। समस्याओं का पता लगाने के ये दो मुख्य तरीके IEC 62196 द्वारा निर्धारित उद्योग मानकों का अनुसरण करते हैं, और 2024 में किए गए वास्तविक दुनिया के परीक्षणों में यह दिखाया गया कि इन्होंने 96 प्रतिशत समय तक खतरों को रोका। हर बार जब कोई चार्जिंग शुरू करता है, तो विशेष परीक्षण 12 वोल्ट से कम के छोटे वोल्टेज सिग्नल भेजकर यह जांचते हैं कि अर्थिंग कितनी अच्छी तरह काम कर रही है। सिस्टम चलते समय लगातार प्रतिरोध की जांच करता रहता है, और अगर कुछ भी असुरक्षित लगता है तो तुरंत बिजली काट देता है। विशेष सर्किट्री हर 20 मिलीसेकंड में वोल्टेज स्तर की जांच करती है ताकि अप्रत्याशित रूप से वोल्टेज बढ़ने पर ओवरहीटिंग रुक जाए।
विद्युत सुरक्षा के बारे में अंतर्राष्ट्रीय मानकों की दुनिया ने 2019 के IEC 60364-5-52 और BS 7671:2018 जैसी चीजों पर विशेष रूप से ध्यान केंद्रित करते हुए नियम बनाए हैं। ये दिशानिर्देश मूल रूप से कहते हैं कि लगातार भार (continuous loads) के साथ काम करते समय, हमें 80% डीरेटिंग नियम का पालन करना चाहिए। इसका अर्थ है कि यदि कोई व्यक्ति 32A के इलेक्ट्रिक वाहन चार्जर की स्थापना करना चाहता है, तो उसके लिए वास्तव में केवल इसी के लिए समर्पित 40A का सर्किट आवश्यक है। जब इंजीनियर इस तरह के उपकरणों पर थर्मल मॉडल्स चलाते हैं, तो उनके द्वारा पाया गया परिणाम काफी बताऊ होता है। यदि 6 मिमी वर्ग तांबे के केबल्स को बिना अतिरिक्त स्थान छोड़े उनकी पूर्ण 32A क्षमता तक धकेला जाता है, तो तापमान 15 डिग्री सेल्सियस से अधिक बढ़ सकता है। समय के साथ, इस ताप के जमाव से केबल इन्सुलेशन पर बहुत अधिक प्रभाव पड़ता है। किसी भी पुनर्स्थापना कार्य (retrofit work) से पहले, विद्युत मिस्त्री को हमेशा मुख्य वितरण पैनल में उपलब्ध स्थान की जाँच करनी चाहिए। इस चरण को छोड़ने से आगे चलकर कई तरह की समस्याएँ हो सकती हैं, जिनमें परिपथ ब्रेकर के बार-बार ट्रिप होना, तारों के चालकों में धीरे-धीरे क्षति होना और सबसे बुरी बात यह है कि निरीक्षण के दौरान अनिवार्य अनुपालन जाँच में विफल होना शामिल है।
EN 50620:2017 मानकों के अनुसार, उपकरणों में अवशिष्ट धारा निगरानी उपकरण (RCMs) शामिल होने चाहिए जो 30 मिलीएम्पीयर के रूप में छोटे परिवर्तन का पता लगा सकें। इस मानक के तहत वास्तविक समय वोल्टेज स्थिरता प्रणालियों की भी आवश्यकता होती है जो चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान सामान्य स्तर के दस प्रतिशत के भीतर बिजली के आउटपुट को स्थिर रखती हैं। उन्नत अनुप्रयोगों के लिए, अधिधारा संरक्षण के साथ अवशिष्ट धारा ब्रेकर (RCBOs) ऐसे रिसाव पथों का पता लगा सकते हैं जो प्रति सेकंड तीन मिलीएम्पीयर से भी धीमी दर से विकसित हो रहे हों। जब विद्युतरोधन प्रतिरोध एक मेगाओम से नीचे गिर जाता है, तो निगरानी प्रणाली संचालन को सौ मिलीसेकंड से थोड़े अधिक समय में बंद कर देती है। इन संयुक्त सुरक्षा सुविधाओं से ग्रिड में बिजली के उतार-चढ़ाव के दौरान बिजली के झटके और संभावित आग जैसी खतरनाक स्थितियों को रोकने में मदद मिलती है। इस दृष्टिकोण को विशेष रूप से स्मार्ट बनाने वाली बात यह है कि यह प्रकार B अवशिष्ट धारा उपकरणों और अलग तापीय निगरानी सेटअप में पहले से निर्मित कार्यों को दोहराने से बचता है, जिससे एक अधिक कुशल समग्र प्रणाली डिजाइन बनता है।
मुख्य अनुपालन आवश्यकताएँ:
| सुरक्षा विशेषता | Threshold | प्रतिक्रिया समय |
|---|---|---|
| वोल्टेज स्थिरता | ±10% उतार-चढ़ाव | <200मिलीसेकंड |
| इंसुलेशन प्रतिरोध | <1 मΩ | <100ms |
| भू लीकेज संसूचन | 30 mA असंतुलन | <300ms |
सामान्य धारा उतार-चढ़ाव के लिए बफर प्रदान करने और अधिक तापन से बचाव के लिए 32A चार्जर के लिए 40A सर्किट की अनुशंसा की जाती है।
टाइप बी आरसीडी ध्रुवीय डीसी लीकेज का पता लगा सकते हैं जिसे मानक टाइप ए आरसीडी नहीं देख सकते, जो ईवी चार्जिंग अनुप्रयोगों में विद्युत आघात के जोखिम के खिलाफ बढ़ी हुई सुरक्षा प्रदान करते हैं।
जब परिवेशी तापमान 35°C से ऊपर बढ़ जाता है, तो EN 61851-1 अनुबंध D के अनुसार चार्जिंग आउटपुट कम हो जाते हैं, जिससे ओवरहीटिंग रोकी जाती है और उपकरण के जीवन को लंबा खींचा जाता है।
जब महत्वपूर्ण सीमाएं, जैसे कि 1 मेगाओम से कम इंसुलेशन प्रतिरोध या महत्वपूर्ण वोल्टेज उतार-चढ़ाव का पता चलता है, तो स्वचालित रूप से शटडाउन हो जाता है, जिससे वाहन और चार्जर दोनों के लिए सुरक्षा सुनिश्चित होती है।
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