Elektriskās pārslodzes novēršana ir ārkārtīgi svarīga augstspējas elektrisko transportlīdzekļu lādēšanā. 7kW 32A EV lādētājs izmanto dublētas, standartiem atbilstošas aizsardzības mehānismus, lai novērstu katastrofālas kļūmes darbības laikā.
Strāvas pārtraucēji un drošinātāji darbojas kā mūsu galvenais aizsardzības līdzeklis pret pārmērīgu strāvu, kas plūst caur elektriskajiem sistēmām. Tie gandrīz uzreiz izslēdz barošanu, tiklīdz tiek pārsniegti noteikti ierobežojumi. Termomagnētiskie pārtraucēji faktiski darbojas divos veidos. Magnētiskā daļa ieslēdzas ļoti ātri tiem pēkšņajiem īssavienojumiem, kad strāva paaugstinās līdz vismaz trīskāršai vērtībai no normālās. Savukārt termiskais elements darbojas ilgāk, taču tīšuprāt risina situācijas, kad nepārtraukti plūst pārmērīga strāva. Strīdā ar kaut ko līdzīgu 32 A lādētājam, lielākā daļa ekspertu iesaka izmantot 40 A ķēdes. Tas atbilst IEC 60364-5-52 norādījumiem, kas būtiski nozīmē, ka mums vajadzētu atstāt zināmu rezervi normālām svārstībām. Tomēr, ja šāda aizsardzība nav nodrošināta, vadi var ļoti ātri pārkarsēties. Izolācija sāk degradēties jau pēc dažām minūtēm ar pārmērīgu strāvu, kas noved pie nopietniem problēmām nākotnē.
IEC 61851 standartu ievērošana nozīmē drošības reakciju precīzu iestatīšanu visās jomās. Šis standarts nosaka konkrētus izslēgšanās sliekošņus apmēram 110 līdz 125 procentu no normālā strāvas līmeņa. Ņemot piemērā 32 A uzlādētāju, automātiskajiem slēdžiem ir jāizslēdzas pirms sasniedz 41 A pastāvīgas enerģijas patēriņa gadījumā, ietvaros noteiktā laika robežā. Šī aizsardzība darbojas gan uzlādes iekārtām, gan arī šo mašīnu elektrisko transportlīdzekļu bateriju vadības sistēmām, kas var viegli bojāties. Vairākums ražotāju šodien jau ir sākuši izmantot tā saucamo divpakāpju strāvas uzraudzību. Tas palīdz atšķirt īsus strāvas pieprasījuma pikus, piemēram, kad automašīnas starta laikā apmainās ar informāciju, no reālām problēmām, kad pārmērīgs daudzums elektrības plūst caur sistēmu ilgstošā periodā.
| Aizsardzības parametrs | IEC 61851 prasība | Mērķis |
|---|---|---|
| Pārslodzes reakcija | 125% no nominālās strāvas | Novērst vadītāja degradāciju |
| Īssavienojuma izslēgšanās | 5 ms pie ≥300% strāvas | Eliminēt loka izlādes riskus |
| Nepārtraukta tolerances | +5% strāvas stabilitāte | Nodrošināt drošu 7 kW nepārtrauktu nodrošinājumu |
Trešā režīma lādēšana prasa nepārtrauktu 32 A strāvas plūsmu caur elektrisko auto lādēšanas iekārtām ilgstošos periodos, kas ievērojami pārsniedz to, ko parasti spēj izturēt mājsaimniecību elektrosistēmas. Šeit ir būtiska precīza strāvas mērīšana ar ±0,5% kļūdu, ko parasti sasniedz ar Halla efekta sensoriem, kas ļauj operatoriem reāllaikā uzraudzīt apstākļus, vienlaikus novēršot traucējošas tīkla svārstības. Ja šāda precizitāte netiek nodrošināta, pat neliela 2 A pārslodze, kas ilgst tikai pusstundu, saskaņā ar Apvienotās Karalistes Electrical Safety First standartiem var paaugstināt kabeļa temperatūru gandrīz par 40 grādiem Celsija, potenciāli izkausējot izolācijas kārtas. Pareiza mērījumu veikšana ir izšķiroša, lai nodrošinātu stabilu 7 kW izejas jaudu, neriskējot drošībai vai saīsinot iekārtu kalpošanas laiku nākotnē.
NTC termistori, kuru nosaukums nozīmē negatīvo temperatūras koeficientu, uzrauga iekšējās temperatūras, jo īpaši ap to enerģijas elektronikas moduļu un savienotāju zonām, kur parasti uzkrājas siltums. Sistēma rūpīgi uzrauga, kad komponenti sāk kļūt pārāk karsti, parasti virs aptuveni 85 grādiem pēc Celsija. Šajā brīdī sensori aktivizējas un nekavējoties aptur uzlādes procesu. Tas atšķiras no viena sensora izmantošanas kaut kur sistēmā, jo vairāki mērījumu punkti pa visu sistēmu ļauj noteikt karstās vietas, pirms tās kļūst par problēmu. Ražotāji testē visas šīs drošības funkcijas saskaņā ar IEC 62955 standartiem termiskās nobīdes scenārijiem, lai nodrošinātu pareizu darbību reālos ekspluatācijas apstākļos.
Saskaņā ar standartu EN 61851-1 pielikumu D, lielākā daļa mūsdienu lādētāju samazinās izvadi līdz aptuveni 28 ampēriem, tiklīdz apkārtējā temperatūra pārsniedz 35 grādus pēc Celsija. Tas atbilst aptuveni 12,5% samazinājumam, kas nodrošina ierīces drošu darbību. Kāda ir šīs iebūvētās pielāgošanas iemesls? Patiesībā tā palīdz novērst siltuma uzkrāšanos laika gaitā. Ko tas nozīmē praksē? Ilgāku aprīkojuma kalpošanas laiku! Dažas pētījumu rezultāti liecina, ka produktu kalpošanas ilgums ar šo funkciju var būt aptuveni par 30% garāks. Turklāt tā novērš izolācijas materiālu agrīnu bojāšanos. Mūsdienu lādēšanas stacijas visus šos aprēķinus veic reāllaikā, izmantojot speciāli termiskās vadības vajadzībām izstrādātu programmatūru un vadības mehānismus.
Lai novērstu triecienus šajos 7 kW, 32 A elektrisko automašīnu uzlādētājos, atlikušās strāvas ierīces (RCD) ir ļoti svarīgas. Standarta tipa A modeļi uztver parastās maiņstrāvas noplūdes strāvas, taču, kad runa ir par EV, mums ir nepieciešams kaut kas labāks. Šeit nāk spēlē tipa B RCD, jo tās var noteikt sarežģītos pulsējošos līdzstrāvas bojājumus, kas rodas iekšēji EV enerģijas pārveidotājos. IEC 61851 standarts patiešām prasa šo funkciju, jo, ja līdzstrāvas noplūde netiek pamanīta virs 6 miliampēriem, pastāv nopietns risks saņemt elektrošoku. Vairākums jaunāko 7 kW uzlādētāju tagad tiek piegādāti ar iebūvētu tipa B aizsardzību kā standarta aprīkojumu. Tas nozīmē, ka vairs nav nepieciešamas papildu drošības slāņi, un lietotāji saņem nepārtrauktu aizsardzību visu 32 A uzlādes stundu laikā, neuztraucoties par drošības pārklājuma plaisām.
Regulāra zemējuma sistēmas pārbaude novērš bīstamu elektrības uzkrāšanos aprīkojuma korpusos. Mūsdienu zemes kontinuitātes uzraudzības ierīces mēra vadu pretestību simtiem reižu katru sekundi, balstoties uz mikroommetra tehnoloģiju. Šīs sistēmas automātiski aptur darbību, ja pretestība pārsniedz 0,3 omus saskaņā ar EN 50620 standartiem. Labākas modeļa ierīces spēj noteikt izolācijas problēmas jau pirms tās kļūst nopietnas, detektējot kritumu zem 1 megaoma ar reakcijas ātrumu ātrāku par vienu milisekundi. Tas ir īpaši svarīgi iekārtām, kas darbojas pie 32 A, kur jauda nepārtraukti sasniedz 7 kilovatus. Gudra programmatūra nepārtraukti salīdzina sprieguma svārstības ārpus normālajām robežām (+/- 10%) ar zināmiem noplūdes paraugiem. Tas palīdz izvairīties no viltus trauksmēm, vienlaikus nodrošinot aizsardzību pat pret maziem loka bojājumiem līdz pat 5 miliampēriem.
Mikroprocesoru sistēmas, kas atrodas šodienas 7 kW 32 A uzlādētājos, pastāvīgi pārbauda strāvas un sprieguma līmeņus, tos analizējot 1000 reizes sekundē caur tiem Hall efekta sensoriem, par kuriem mēs esam runājuši. Kad kaut kas novirzās no normas — piemēram, kad notiek pēkšņs pieaugums virs vai zem 5 % no 32 A nominālās vērtības vai, ja spriegums krītas zem 207 voltiem standarta 230 V sistēmās — šīs gudrās sistēmas to fiksē un reaģē jau pēc 100 milisekundēm. Šāda veida ātra reakcija ir daudz labāka nekā vecmodīgie mehāniskie releji, jo tā aptur bīstamas ķēdes reakcijas jau pašā sākumā. To apstiprina arī praktiskie testi; saskaņā ar IEC ziņojumiem pagājušajam gadam, ātri reaģējošas konstrukcijas samazina elektrouztvares ugunsgrēkus gandrīz par 94 %. Un vēl labāk ir tas, ka paraugu atpazīšanas tehnoloģija ļauj šiem uzlādētājiem problēmas noteikt vēl agrāk, fiksējot raksturīgās dzirksteļošanas un zemējuma problēmu pazīmes ilgi pirms tās kļūst par nopietniem drošības riskiem.
| Monitorings Parametrs | Noteikšanas slieksnis | Reakcijas Darbība |
|---|---|---|
| Strāvas Svārstības | ±5% no 32 A vērtējuma | Strāvas ierobežošana |
| Sprieguma svārstības | ±10% no nominālā | Uzlādes pārtraukums |
| Loka signatūras | 8 mA efektīvā vērtība | Neatlaidīga izslēgšanās |
Lādēšanas process automātiski apturas, kad tiek pārkāpti svarīgi ierobežojumi. Ja izolācijas pretestība krītas zem 1 megaoma, tas parasti nozīmē, ka kaut kur iekļūst ūdens vai sākas detaļu nodilums, kas var izraisīt bīstamus elektriskos triecienus. Ja spriegumi svārstās pārāk tālu no normālajiem līmeņiem, piemēram, pārsniedzot 253 voltus vai krītot zem 207 voltu, sistēma pilnībā izslēdzas, lai aizsargātu gan lādētāju, gan automašīnas elektroniskās sistēmas. Šie divi galvenie problēmu noteikšanas veidi atbilst IEC 62196 noteiktajiem rūpniecības standartiem, un reāli testi 2024. gadā parādīja, ka tie novērsa briesmas aptuveni 96 procentos gadījumu. Katru reizi, kad kāds sāk lādēt, speciāli testi pārbauda, cik labi darbojas zemējums, nosūtot cauri maziem sprieguma signāliem, kas ir zem 12 voltiem. Darbības laikā sistēma nepārtraukti uzrauga pretestību un nekavējoties izslēgs strāvu, ja rodas kādas aizdomas par nepietiekamu drošību. Speciāla elektronika ik pēc 20 milisekundēm pārbauda sprieguma līmeņus, lai novērstu pārkaršanu negaidītu sprieguma pieaugumu gadījumā.
Starptautiskā standartu pasaule ir noteikusi noteikumus par elektrisko drošību, īpaši koncentrējoties uz tādiem standartiem kā IEC 60364-5-52 no 2019. gada un BS 7671:2018. Šie norādījumi būtībā nosaka, ka strādājot ar nepārtrauktu slodzi, jāievēro 80% derēšanas likums. Tas nozīmē, ka, ja kāds vēlas uzstādīt 32 A elektrisko transportlīdzekļu uzlādētāju, faktiski nepieciešams tam atvēlēt 40 A ķēdi. Kad inženieri veic siltuma modeļa analīzi, iegūtie rezultāti ir diezgan rādītāji. Ja 6 mm² vara kabeļi tiek ekspluatēti pilnā 32 A jaudā, neparedzot papildu rezervi, temperatūra var paaugstināties vairāk nekā par 15 grādiem Celsija. Ilgstošs šāds sasilšanas efekts nopietni ietekmē kabeļa izolāciju. Pirms jebkādiem pārbūves darbiem elektriķiem vienmēr jāpārbauda, cik vietas vēl ir pieejama galvenajā sadalīšanas paneļa. Šo soli ignorējot, nākotnē var rasties dažādas problēmas, tostarp biežas automātisko slēdžu izslēgšanās, pakāpeniska vadu bojāšanās un visbriesmīgākais — neizturēt obligātos atbilstības pārbaudes testus inspekcijas laikā.
Saskaņā ar EN 50620:2017 standartiem, aprīkojumam jābūt aprīkotam ar atlikušās strāvas monitoriem (RCM), kas spēj noteikt izmaiņas, kuras ir tik mazas kā plus vai mīnus 30 miliamperi. Standarts paredz arī reāllaika sprieguma stabilitātes sistēmas, kas uztur enerģijas izvadi stabilu normālajā līmenī plus mīnus desmit procenti, kamēr notiek uzlādes procesi. Uzlabotām lietojumprogrammām atlikušās strāvas slēdži ar pārslodzes aizsardzību (RCBO) spēj noteikt attīstošos noplūdes ceļus pat tad, ja tie attīstās lēnāk par trīs miliamperiem sekundē. Kad izolācijas pretestība nokrītas zem viena megaoma, uzraudzības sistēmas ieslēdzas un aptur darbību nedaudz vairāk nekā simt milisekunžu laikā. Šīs kombinētās drošības iezīmes palīdz novērst bīstamas situācijas, piemēram, elektriskos triecienus un potenciālus ugunsgrēkus, kad tīklā notiek sprieguma svārstības. To, kas šo pieeju padara īpaši gudru, ir tas, kā tā izvairās no funkciju atkārtošanas, kas jau iebūvētas Tipa B atlikušās strāvas ierīcēs un atsevišķās siltuma uzraudzības iekārtās, radot efektīvāku vispārējo sistēmas dizainu.
Galvenie atbilstības prasības:
| Drošības funkcija | Slieksnis | Atbildes laiks |
|---|---|---|
| Sprieguma stabilitāte | ±10% svārstības | <200 ms |
| Izolācijas pretestība | <1 MΩ | <100ms |
| Zemes noplūdes detektors | 30 mA nesabalanss | <300 ms |
40 A ķēde tiek ieteikta 32 A lādētājam, lai nodrošinātu rezervi normālām strāvas svārstībām un novērstu pārkaršanu.
Tipa B RCD var noteikt pulsējošu līdzstrāvas noplūdi, ko standarta tipa A RCD nevar, nodrošinot papildu aizsardzību pret elektrošoku EV uzlādes lietojumprogrammās.
Uzlādes izejas jauda tiek samazināta, kad apkārtējās vides temperatūra paaugstinās virs 35°C saskaņā ar EN 61851-1 pielikumu D, kas palīdz novērst pārkaršanu un pagarināt aprīkojuma kalpošanas laiku.
Automātiska izslēgšanās notiek, kad tiek konstatēti kritiski ierobežojumi, piemēram, izolācijas pretestības kritums zem 1 megaoma vai būtiskas sprieguma svārstības, nodrošinot drošību gan transportlīdzeklim, gan uzlādētājam.