A villamos túlterhelések megelőzése elsődleges fontosságú a nagyteljesítményű elektromos járművek töltésénél. A 7kW 32A EV töltő redundáns, szabványoknak megfelelő védelmi mechanizmusokat alkalmaz, hogy katasztrofális hibákat megelőzzön az üzemeltetés során.
A megszakítók és biztosítékok elsődleges védelmet nyújtanak az elektromos rendszerekben a túl nagy áramerősség ellen. Azonnal megszakítják az áramellátást, amint az áramerősség meghatározott határértéket túllép. A hőmágneses megszakítók tulajdonképpen kétféleképpen működnek. A mágneses rész igen gyorsan reagál az olyan váratlan rövidzárlatokra, amikor az áramerősség legalább háromszorosa a normális értéknek. Eközben a hőhatás lassabban lép fel, de folyamatosan túl magas áramerősséggel is megbirkózik. Amikor például egy 32 amperes töltővel van dolgunk, a szakértők többsége inkább 40 amperes áramkörök használatát javasolja. Ez az IEC 60364-5-52 irányelv ajánlásait követi, amely alapvetően azt írja elő, hogy bizonyos tartalékkal kell tervezni a normál ingadozások miatt. Ha ezek a védelmi intézkedések hiányoznak, a vezetékek igen gyorsan túlmelegedhetnek. Az áramszigetelés már néhány percnyi túláram hatására elkezd bomlani, ami később komoly problémákhoz vezethet.
Az IEC 61851 szabványok követése azt jelenti, hogy a biztonsági reakciók pontosan működnek az egész rendszerben. A szabvány konkrétan meghatározott kioldási pontokat állít be a normál áramerősség 110 és 125 százaléka között. Vegyünk példaként egy 32 amperes töltőt. Az áramköröknek akkor is működniük kell, ha folyamatos terhelés mellett az áramerősség eléri a 41 amperes értéket, mindennek meghatározott időhatárokon belül kell történnie. Ez a védelem nemcsak a töltőberendezésre, hanem az elektromos járművek érzékeny akkumulátorkezelő rendszereire is kiterjed, amelyek könnyen megsérülhetnek. A mai gyártók többsége már olyan megoldást alkalmaz, amit kétfokozatú áramfelügyeletnek neveznek. Ez segít megkülönböztetni az átmeneti teljesítménycsúcsokat – például amikor az autók indítás közben adatot cserélnek – a valós problémáktól, amikor hosszabb ideig túl sok áram folyik a rendszerben.
| Védési paraméter | IEC 61851 követelmény | Cél |
|---|---|---|
| Túlterhelési válasz | a névleges áram 125%-a | Vezetőanyag degradációjának megelőzése |
| Rövidzárlati kioldás | 5 ms legalább 300% áramnál | Ívillesztési kockázatok megszüntetése |
| Folyamatos tűrés | +5% áramstabilitás | Biztosítja a biztonságos, folyamatos 7 kW teljesítményt |
A Mode 3 töltés hosszú ideig folyamatosan 32 A-es áramerősséget igényel az elektromos járművek töltőberendezéseiben, ami messze meghaladja azt a terhelést, amelyre a legtöbb háztartási villamosrendszer ki van méretezve. Itt elengedhetetlen a pontos áramerősség-mérés kb. ±0,5%-os pontossággal, amit általában Hall-szenzorokkal érnek el, lehetővé téve a valós idejű állapotfigyelést miközben hatékonyan blokkolják a zavaró hálózati ingadozásokat. Ha ez a pontosság hiányzik, akkor például egy mindössze 2 A-es túláram, ha csak fél órán át tart, akár majdnem 40 °C-kal is növelheti a kábelek hőmérsékletét az Egyesült Királyságban érvényes Electrical Safety First szabványok szerint, ami a szigetelőrétegek megolvadásához vezethet. A helyes mérések biztosítása döntő fontosságú ahhoz, hogy kockázat nélkül fenntartsák a stabil 7 kW-os teljesítményt, és ne rövidüljön le a berendezések élettartama.
Az NTC termisztorok, amelyek negatív hőmérsékleti együtthatót (Negative Temperature Coefficient) jelentenek, folyamatosan figyelik a belső hőmérsékletet, különösen a teljesítményelektronikai modulok és csatlakozók környezetében, ahol a hő fel szokott halmozódni. A rendszer figyelemmel kíséri, ha az alkatrészek túl melegek lesznek, általában kb. 85 °C felett. Ekkor a szenzorok aktiválódnak, és azonnal leállítják a töltési folyamatot. Ez különbözik attól, mintha csak egyetlen szenzor lenne elhelyezve valahol, mivel a rendszer több ponton is érzékeli a hőfoltokat, mielőtt komoly problémává válnának. A gyártók minden ilyen biztonsági funkciót az IEC 62955 szabvány szerint tesztelnek termikus végfutás-forgatókönyvek esetén, így biztosítva a megfelelő működést valós körülmények között.
A szabvány EN 61851-1 D. melléklete szerint a modern töltők többsége körülbelül 28 amperre csökkentik a kimenetüket, amint a környezeti hőmérséklet eléri a 35 Celsius-fokot. Ez körülbelül 12,5%-os csökkenést jelent, amely biztosítja az eszközön belüli biztonságos működést. Mi áll ennek a beépített korrekciósnak a hátterében? Valójában ez segíti megelőzni a hő felhalmozódását idővel. Mit jelent ez gyakorlatban? Hosszabb élettartamú berendezéseket! Egyes tanulmányok szerint a termékek akár körülbelül 30%-kal tovább is tarthatnak ezzel a funkcióval. Emellett megakadályozza az szigetelőanyagok előidőzött elöregedését. A mai töltőállomások mindezt speciális, hőkezelés céljára kifejlesztett szoftverek és vezérlőmechanizmusok segítségével valós időben kezelik.
A 7kW-os, 32A-es elektromos járművek töltőállomásainál a túláramvédelem érdekében az áramvédőkapcsolók (RCD) kritikus szerepet játszanak. A szabványos A típusú modellek képesek az AC szivárgóáramok észlelésére, de elektromos járművek esetén ennél hatékonyabb megoldásra van szükség. Itt jön képbe a B típusú RCD, amely képes felismerni az EV-energiabefolyók belsejében keletkező pulzáló DC hibákat is. Az IEC 61851 szabvány valójában előírja ezt a funkciót, mivel ha a DC szivárgás 6 milliamper fölé emelkedik és észrevétlen marad, komoly áramütésveszély áll fenn. A legtöbb újabb 7kW-os töltőállomás most már alapfelszereltségként rendelkezik beépített B típusú védelemmel. Ez azt jelenti, hogy többé nincs szükség további biztonsági rétegekre, és a felhasználók folyamatos védelmet kapnak a teljes 32A-es töltési idő alatt anélkül, hogy biztonsági rés fenyegetne.
A földelőrendszer rendszeres ellenőrzése megakadályozza a veszélyes elektromos töltés felhalmozódását a berendezések házain belül. A modern folyamatos földelés-ellenőrző készülékek mikro-ohmér technológián alapulva másodpercenként több százszor mérik a vezeték ellenállását. Ezek a rendszerek automatikusan leállítják a működést, ha az ellenállás az EN 50620 szabvány szerint meghaladja a 0,3 ohmot. A jobb modellek már akkor észlelik az szigetelési problémákat, mielőtt súlyossá válnának, és 1 megaohm alatti csökkenéseket is detektálnak, 1 milliszekundusnál gyorsabb reakcióidővel. Ez különösen fontos olyan rendszereknél, amelyek 32 amperes áramerősséggel, folyamatosan 7 kilowatt teljesítményen üzemelnek. Az intelligens szoftver folyamatosan összehasonlítja a normál tartományon kívüli feszültségváltozásokat (+/- 10%) az ismert szivárgási mintákhoz képest. Ez segít elkerülni a hamis riasztásokat, miközben továbbra is védelmet nyújt még a legkisebb ívforgalmak ellen is, akár mindössze 5 milliamperes áramerősségnél.
A mai 7 kW-os, 32 A-es töltők belső mikroprocesszoros rendszerei folyamatosan ellenőrzik az áramerősséget és a feszültségszinteket, másodpercenként 1000-szer mintavételezve őket a Hall-érzékelőkön keresztül, amelyekről eddig beszéltünk. Amikor valami nem megfelelően működik – például ha hirtelen fellép egy 5%-nál nagyobb túllépés vagy alulmúlás a 32 A névleges értékhez képest, vagy ha a feszültség 230 V-os szabványos rendszerekben 207 V alá csökken – ezek az intelligens rendszerek azonnal észlelik a hibát, és mindössze 100 milliszekundumon belül reagálnak. Ez a gyors reakció ideje messze felülmúlja a régi mechanikus relék teljesítményét, és megelőzi a veszélyes láncreakciók kialakulását. Ezt a gyakorlati tesztek is megerősítik: az előző év IEC jelentései szerint a gyors reagálású rendszerek közel 94%-kal csökkentették az elektromos tüzek előfordulását. Még jobbá válik a helyzet, mert a mintafelismerő technológia segítségével a töltők még korábban is képesek problémákat észlelni, és sokkal hamarabb detektálják az ívképződés és földzárlat jellegzetes jeleit, mielőtt komoly biztonsági kockázattá válnának.
| Monitorozott paraméter | Érzékelési küszöb | Reakció lépés |
|---|---|---|
| Áramerősség ingadozás | ±5% a 32 A névleges értékből | Áramkorlát |
| Feszültség-ingadozás | ±10% a névleges értéktől | Töltés szüneteltetése |
| Ívjelek | 8 mA effektív érték | Azonnali leállítás |
A töltési folyamat automatikusan leáll, amikor fontos határértékeket lépnek át. Ha az izolációs ellenállás 1 megaohm alá csökken, az általában azt jelenti, hogy valahol víz kerül a rendszerbe, vagy alkatrészek kezdenek elkopni, ami veszélyes áramütéseket okozhat. Ha a feszültség túl messzire tér el a normál értékektől, például 253 volt fölé emelkedik vagy 207 voltra esik, a rendszer teljesen leáll, hogy megvédje a töltőt és az autó elektronikus rendszereit. Ezek a két fő hibadetektálási mód az IEC 62196 által meghatározott ipari szabványokat követi, és a 2024-es valósvilágbeli tesztek azt mutatták, hogy ezek körülbelül 96 százalékban akadályozták meg a veszélyhelyzeteket. Minden egyes töltés megkezdésekor speciális tesztek ellenőrzik a földelés hatékonyságát, amelyek során 12 voltnál kisebb feszültségjel kerül kiküldésre. A rendszer folyamatosan figyeli az ellenállást üzem közben, és azonnal megszakítja az áramellátást, ha bármi bizonytalan helyzetet jelez. Speciális áramkörök 20 milliomod másodpercenként ellenőrzik a feszültségértékeket, hogy megakadályozzák a túlmelegedést, amikor váratlan feszültségcsúcsok lépnek fel.
A nemzetközi szabványvilág szabályokat állított fel az elektromos biztonsággal kapcsolatban, különösen az 2019-es IEC 60364-5-52 és a BS 7671:2018 előírásokat vizsgálva. Ezek az irányelvek lényegében azt mondják, hogy folyamatos terhelés esetén be kell tartanunk az 80%-os terhelési szabályt. Ez azt jelenti, hogy ha valaki egy 32 A-es elektromos jármű töltőberendezést szeretne telepíteni, akkor ténylegesen egy kizárólag erre a célra fenntartott 40 A-es áramkörre van szüksége. Amikor a mérnökök hőmérsékleti modelleket futtatnak ezzel kapcsolatban, az eredmények meglehetősen tanulságosak. Ha a 6 mm²-es rézvezetékeket teljes 32 A-es terhelésig igénybe veszik anélkül, hogy elegendő tartalékot hagynának, a hőmérséklet több mint 15 °C-kal megemelkedhet. Az idő múlásával ez a hőfelhalmozódás komoly károkat okozhat a kábel szigetelésében. Bármilyen utólagos beépítési munka elvégzése előtt az elektromos szerelőknek mindig ellenőrizniük kell, hogy mennyi hely áll rendelkezésre a főelosztó szekrényben. Ennek a lépésnek az elmulasztása különféle problémákhoz vezethet a jövőben, például gyakori megszakítók kiváltásához, a vezetékek fokozatos sérüléséhez, és ami a legrosszabb, a kötelező megfelelőségi ellenőrzések sikertelen lefutásához.
Az EN 50620:2017 szabvány előírásai szerint a berendezéseknek olyan maradékáram-figyelő rendszereket (RCM) kell tartalmazniuk, amelyek képesek akár plusz-mínusz 30 milliamper nagyságú változások észlelésére. A szabvány továbbá valós idejű feszültségstabilizáló rendszereket ír elő, amelyek a töltési folyamatok során a teljesítménykimenetet a normál szint tíz százalékán belül stabilan tartják. Haladó alkalmazások esetén túláramvédelemmel ellátott maradékáram-megszakítók (RCBO-k) képesek az áramszivárgási utak kialakulásának felismerésére akkor is, ha azok fejlődési sebessége másodpercenként három milliamper alatti. Amikor az átvezetési ellenállás egy megaohm alá csökken, a figyelőrendszerek működésbe lépnek, és kevesebb mint százmilliszekundumon belül leállítják a működést. Ezek a kombinált biztonsági funkciók hozzájárulnak az elektromos sokkolások és potenciális tűzesetek megelőzéséhez a hálózati feszültségingadozások során. Ennek a megközelítésnek az a különösen okos vonása, hogy elkerüli a Type B maradékáram-készülékekben és különálló hőmérséklet-figyelő rendszerekben már meglévő funkciók ismétlését, így hatékonyabb egészrendszer-kialakítást eredményez.
Kulcsfontosságú megfelelőségi követelmények:
| Biztonsági funkció | Küszöb | Válaszolási idő |
|---|---|---|
| Feszültségstabilitás | ±10% ingadozás | <200 ms |
| Szigetelő ellenállás | <1 MΩ | < 100 ms |
| Földelési áram észlelése | 30 mA egyensúlytalanság | <300 ms |
A 40 A-es kör ajánlott a 32 A-es töltőhöz, hogy puffer legyen a normál áramingadozásokhoz, és megakadályozza a túlmelegedést.
A B típusú FI relék pulzáló DC szivárgást is képesek észlelni, amit az A típusú relék nem, így növelik az elektromos áramütés elleni védelmet az elektromos járművek töltésénél.
A töltési teljesítmény csökken, ha a környezeti hőmérséklet az EN 61851-1 szabvány D. melléklete szerint 35 °C felett emelkedik, ami segít megelőzni a túlmelegedést és meghosszabbítja a berendezések élettartamát.
Az automatikus leállítás akkor következik be, ha kritikus határértékek lépnek fel, például ha az szigetelési ellenállás 1 megaohm alá csökken, vagy jelentős feszültségingadozás észlelhető, így biztosítva a jármű és a töltő eszköz biztonságát.
EN
