Захист від електричних перевантажень має першорядне значення при зарядці електромобілів великою потужністю. Зарядний пристрій 7 кВт 32 А використовує резервні механізми захисту, що відповідають стандартам, аби запобігти катастрофічним відмовам під час роботи.
Автоматичні вимикачі та запобіжники є основним захистом від надмірного струму в електричних системах. Вони миттєво відключають живлення, як тільки певні межі перевищуються. Термомагнітні вимикачі працюють двома способами. Магнітна частина спрацьовує дуже швидко при раптових коротких замиканнях, коли струм зростає щонайменше до потрійної норми. У той же час термічний елемент реагує повільніше, але справляється з ситуаціями, коли надмірний струм протікає тривалий час. Щодо зарядного пристрою на 32 А, більшість експертів радять використовувати контури на 40 А. Це відповідає рекомендаціям IEC 60364-5-52, згідно з якими слід передбачати певний запас для нормальних коливань струму. Якщо такий захист відсутній, дроти можуть дуже швидко перегрітися. Ізоляція починає руйнуватися всього за кілька хвилин надмірного струму, що призводить до серйозних проблем у майбутньому.
Дотримання стандартів IEC 61851 означає точне налаштування механізмів безпеки на загальному рівні. Справжнє призначення цього стандарту — встановлення конкретних меж спрацьовування на рівні близько 110–125 відсотків від нормального рівня струму. Візьмемо, наприклад, зарядний пристрій на 32 ампер. Автоматичні вимикачі мають спрацьовувати досягнення позначки 41 ампер при постійному споживанні струму, і все це — в межах певних часових обмежень. Такий захист діє як для самого обладнання для зарядки, так і для чутливих систем керування батареями електромобілів, які легко можуть вийти з ладу. Більшість виробників сьогодні почали використовувати так званий двоступінчастий контроль струму. Це допомагає відрізнити короткочасні стрибки споживання енергії, наприклад, коли автомобілі обмінюються інформацією під час запуску, від реальних проблем, коли надлишковий струм протягом тривалого часу проходить через систему.
| Параметр захисту | Вимога IEC 61851 | Мета |
|---|---|---|
| Реакція на перевантаження | 125% номінального струму | Запобігання деградації провідників |
| Відключення при короткому замиканні | 5 мс при ≥300% струму | Усунення ризиків дугового пробою |
| Постійна допускова здатність | +5% стабільність струму | Забезпечує безпечну постійну подачу потужності 7 кВт |
Заряджання в режимі 3 передбачає постійну подачу струму 32 А через обладнання для зарядки електромобілів протягом тривалого часу, що значно перевищує можливості більшості побутових електричних систем. Тут критично важливе точне вимірювання струму з похибкою близько ±0,5%, яке зазвичай досягається за допомогою датчиків Холла, що дозволяють операторам відстежувати стан у реальному часі та ізолюватися від перешкод у мережі. Якщо такої точності немає, навіть короткочасний перевантажувальний струм у 2 А, що триває півгодини, згідно з нормами UK Electrical Safety First, може підвищити температуру кабелю майже на 40 градусів Цельсія, що загрожує плавленням ізоляційних шарів. Правильні вимірювання — це все, що потрібно, щоб забезпечити стабільну вихідну потужність 7 кВт без ризику для безпеки або скорочення терміну служби обладнання в майбутньому.
NTC-термістори, що означає термістори з негативним температурним коефіцієнтом, контролюють внутрішню температуру, особливо біля модулів силової електроніки та з'єднувачів, де схильне до накопичення тепло. Система уважно стежить за тим, коли компоненти починають перегріватися, зазвичай вище за 85 градусів Цельсія. У цей момент датчики активуються та негайно відключають процес заряджання. Це відрізняється від простого використання одного датчика десь у системі, адже кілька контрольних точок по всій системі виявляють гарячі ділянки ще до того, як вони стануть проблемою. Виробники тестують усі ці функції безпеки відповідно до стандартів IEC 62955 для сценаріїв термічного виходу з-під контролю, забезпечуючи правильну роботу всього обладнання в реальних умовах.
Згідно зі стандартом EN 61851-1 додаток D, більшість сучасних зарядних пристроїв знижують вихідний струм до приблизно 28 ампер, якщо температура навколишнього середовища підвищується понад 35 градусів Цельсія. Це становить приблизно 12,5% зниження, що забезпечує безпечну роботу всередині пристрою. У чому причина цього вбудованого регулювання? Насправді воно допомагає запобігти накопиченню тепла з часом. Що це означає на практиці? Довший термін служби обладнання! Деякі дослідження свідчать, що термін експлуатації продуктів може збільшитися приблизно на 30% за умови активності цієї функції. Крім того, це запобігає передчасному руйнуванню ізоляційних матеріалів. Сучасні зарядні станції виконують усі ці розрахунки в режимі реального часу за допомогою спеціального програмного забезпечення та механізмів керування, розроблених спеціально для цілей термального управління.
Для запобігання ураженню електричним струмом у разі використання зарядних пристроїв для електромобілів потужністю 7 кВт, 32 А важливу роль відіграють пристрої захисного відключення (РСD). Стандартні моделі типу А виявляють звичайні струми витоку змінного струму, але коли мова йде про електромобілі, потрібно щось краще. Тут на допомогу приходять RCD типу B, які можуть виявляти небезпечні пульсуючі струми витоку постійного струму, що виникають у перетворювачах потужності електромобілів. Стандарт IEC 61851 фактично передбачає цю вимогу, оскільки якщо витік постійного струму перевищує 6 міліампер і залишається непоміченим, існує серйозний ризик ураження електрострумом. Більшість сучасних зарядних пристроїв потужністю 7 кВт тепер мають вбудований захист типу B як стандартне обладнання. Це означає, що додаткові рівні захисту більше не потрібні, а користувачі отримують постійний захист протягом усього часу зарядки при струмі 32 А без побоювань щодо прогалин у безпеці.
Регулярна перевірка системи заземлення запобігає небезпечному накопиченню електрики в корпусах обладнання. Сучасні пристрої контролю цілісності заземлення вимірюють опір дроту сотні разів на секунду, використовуючи технологію мікроомметра. Ці системи автоматично вимикають обладнання, якщо опір перевищує 0,3 Ом, згідно зі стандартом EN 50620. Кращі моделі можуть виявляти проблеми з ізоляцією до того, як вони стануть серйозними, виявляючи падіння нижче 1 мегаома з часом реакції менше одного мілісекунди. Це має велике значення для установок, що працюють при 32 А, де рівень потужності постійно досягає 7 кіловат.
Мікропроцесорні системи всередині сучасних зарядних пристроїв потужністю 7 кВт 32 А постійно контролюють рівні струму та напруги, вимірюючи їх 1000 разів на секунду за допомогою датчиків ефекту Холла, про які ми говорили. Коли щось виходить із норми — наприклад, раптове зростання або падіння понад 5% від номіналу 32 А або якщо напруга падає нижче 207 вольт у стандартних системах 230 В — ці розумні системи виявляють проблему й реагують протягом лише 100 мілісекунд. Така швидка реакція значно перевершує можливості старих механічних реле, запобігаючи небезпечним ланцюговим реакціям ще до їхнього початку. Це підтверджують і практичні випробування: згідно зі звітами IEC минулого року, швидкодіючі конструкції скорочують кількість електричних пожеж майже на 94%. І це ще не все: технологія розпізнавання зразків дозволяє таким зарядним пристроям виявляти проблеми ще раніше, вчасно фіксуючи характерні ознаки дугового розряду та проблем із заземленням задовго до того, як вони перетворяться на серйозну загрозу безпеці.
| Параметр моніторингу | Межа виявлення | Дія у відповідь |
|---|---|---|
| Коливання струму | ±5% від номіналу 32 А | Обмеження струму |
| Варіація напруги | ±10% від номінального значення | Пауза під час заряджання |
| Ознаки дуги | 8 мА середньоквадратичне значення | Миттєве вимкнення |
Процес зарядки автоматично зупиняється, коли перевищуються важливі межі. Коли опір ізоляції падає нижче 1 мегаома, це зазвичай означає, що кудись потрапляє вода або деталі починають зношуватися, що може призвести до небезпечних ударів струмом. Якщо напруга виходить за межі нормальних рівнів, наприклад, піднімається вище 253 вольт або падає нижче 207 вольт, система повністю вимикається, щоб захистити як зарядний пристрій, так і електронні системи автомобіля. Ці два основні способи виявлення несправностей відповідають галузевим стандартам IEC 62196, а реальні випробування 2024 року показали, що вони запобігають небезпеці приблизно в 96 відсотках випадків. Кожного разу, коли хтось починає зарядку, спеціальні тести перевіряють, наскільки добре працює заземлення, подаючи невеликі сигнали напруги менше 12 вольт. Система постійно контролює опір під час роботи й негайно відключає живлення, якщо виявляє будь-які небезпечні ознаки. Спеціальна схема перевіряє рівні напруги кожні 20 мілісекунд, щоб запобігти перегріву у разі несподіваних стрибків напруги.
Міжнародні стандарти встановили правила щодо електробезпеки, зокрема такі як IEC 60364-5-52 від 2019 року та BS 7671:2018. Ці рекомендації передбачають, що при роботі з постійним навантаженням необхідно дотримуватися правила зниження навантаження на 20 % (80 %). Це означає, що для встановлення зарядного пристрою для електромобіля потужністю 32 А потрібно виділити окреме коло на 40 А. Коли інженери проводять теплове моделювання таких систем, результати виявляються досить показовими. Якщо мідні кабелі перерізом 6 мм² навантажити повною потужністю 32 А без дотримання цього запасу, температура може підвищитися більш ніж на 15 градусів Цельсія. З часом таке накопичення тепла серйозно позначається на ізоляції кабелів. Перед тим як розпочинати будь-які роботи з модернізації, електрики завжди повинні перевіряти, чи залишилося вільне місце у головному розподільному щиті. Ігнорування цього кроку може призвести до численних проблем у майбутньому, зокрема до постійного спрацьовування автоматичних вимикачів, поступового пошкодження струмопровідних жил кабелів і, що найгірше, до невдалого проходження обов’язкових перевірок на відповідність вимогам під час інспекцій.
Згідно зі стандартом EN 50620:2017, обладнання має бути оснащене моніторами залишкового струму (RCM), здатними виявляти зміни розміром всього лише плюс або мінус 30 міліампер. Стандарт також передбачає наявність систем реальночасової стабільності напруги, які підтримують стабільність вихідної потужності в межах десяти відсотків від нормального рівня під час процесів заряджання. Для просунутих застосувань автоматичні вимикачі залишкового струму з захистом від перевантаження за струмом (RCBO) можуть виявляти формуються шляхи витоку, навіть якщо вони розвиваються зі швидкістю менше трьох міліампер на секунду. Коли опір ізоляції падає нижче одного мегаома, системи контролю активуються та вимикають обладнання протягом трохи більше ніж сто мілісекунд. Ці поєднані функції безпеки допомагають запобігти небезпечним ситуаціям, таким як ураження електричним струмом та потенційні пожежі під час коливань напруги в мережі. Особливістю цього підходу є те, що він уникнув повторення функцій, які вже вбудовані в пристрої залишкового струму типу B та окремі системи термоконтролю, що забезпечує ефективніший загальний дизайн системи.
Основні вимоги щодо відповідності:
| Функція безпеки | Поріг | Час відгуку |
|---|---|---|
| Стабільність напруги | ±10% коливань | <200 мс |
| Опір ізоляції | <1 МΩ | <100мс |
| Виявлення струму витоку на землю | неврівноваженість 30 мА | <300 мс |
Контур на 40 А рекомендується для зарядного пристрою на 32 А, щоб забезпечити запас для нормальних коливань струму та запобігти перегріву.
Тип B RCDs може виявляти пульсуючі постійні струми витоку, що стандартні RCDs типу A не можуть, забезпечуючи підвищену захист від ризику ураження електричним струмом під час зарядки електромобілів.
Вихідні параметри зарядки знижуються, коли температура навколишнього середовища підвищується понад 35 °C відповідно до додатку D EN 61851-1, що допомагає запобігти перегріву та продовжує термін служби обладнання.
Автоматичне вимкнення відбувається, коли виявлено критичні межі, такі як опір ізоляції, що знизилося нижче 1 мегаома, або значні коливання напруги, забезпечуючи безпеку як для транспортного засобу, так і для зарядного пристрою.
EN
