Jak dobrze zabezpieczyć stację ładowania pojazdów elektrycznych?
W celu osiągnięcia przez kraje Unii Europejskiej neutralności klimatycznej do 2050 roku parlament UE zdecydował o całkowitym odejściu od produkcji aut spalinowych. W 2035 roku zostanie wyprodukowany ostatni „tradycyjnie” napędzany samochód. Do tego czasu doświadczymy gwałtownego rozwoju technologii w obszarze elektromobilności, zarówno w dziedzinie „elektryków”, jak i stacji ich ładowania. Najważniejszą kwestią, na którą trzeba będzie zwrócić uwagę w czasie rozbudowy sieci ładowarek EVC jest bezpieczeństwo użytkowników. W tym zagadnieniu nie można iść na żadne kompromisy.
Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Energii w sprawie wymagań technicznych dla stacji ładowania i punktów ładowania stanowiących element infrastruktury ładowania drogowego transportu publicznego, wymagane jest zabezpieczenie stacji ładowania co najmniej poniższymi urządzeniami:
- Wyłącznikiem głównym odcinającym zasilanie wszystkich obwodów urządzenia.
- Wyłącznikiem różnicowoprądowym w przypadku zasilania z sieci prądu przemiennego.
- Zabezpieczeniem nadmiarowoprądowym.
Co więcej, punkty ładownia oraz stacje ładowania jako elementy instalacji elektrycznych podlegają ogólnym przepisom, takim jak prawo budowlane czy rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny podlegać budynki i ich usytuowanie. Wynika z tego, że dobrze dobrane zabezpieczenia, muszą spełniać wymogi ochrony przed skutkami wyładowań atmosferycznych i przepięć, a także zasady selektywności.
Spis treści:
- Wyłącznik główny
- Wyłącznik różnicowoprądowy
- Zabezpieczenie nadmiarowoprądowe
- Ochrona przed przepięciami
Wyłącznik główny
W stacji ładowania prądem zmiennym AC, wyłącznikiem głównym jest najczęściej zabezpieczenie nadmiarowoprądowe, które pełni rolę rozłącznika i realizuje funkcje ochronne. Niestety rozwiązanie to jest kłopotliwe, ponieważ znajduje się w rozdzielnicy zasilającej stację ładowania, która nie zawsze musi być w niewielkiej odległości od stacji ładowania. Oznacza to, że nie jest możliwe nagłe, awaryjne zatrzymanie ładowania pojazdu w chwili awarii.
Dlatego innowacyjnym sposobem może być przycisk bezpieczeństwa montowany natynkowo, obok stacji AC. W kwestii ładowarek prądem stałym DC, producenci urządzeń tego typu montują przyciski zatrzymania awaryjnego na obudowie stacji. Natomiast w przypadku ładowarek AC nie jest to częstym rozwiązaniem.
Wyłącznik różnicowoprądowy
Zgodnie z normą PN-HD 60364-4-41 wyłącznik RCD o czułości ≤ 30mA, może służyć za ochronę uzupełniającą, a w połączeniu z wyłącznikiem nadprądowym, może stanowić samoczynne wyłączenie zasilania. Zgodnie z normą IEC 61581, podstawowym rozwiązaniem w zakresie ochrony przed porażeniem są wyłączniki różnicowoprądowe typu A. To urządzenia reagujące na prąd różnicowy przemienny oraz pulsujący ze składową stałą DC nieprzekraczającą wartości 6mA.
Z racji spodziewanego, odkształconego przebiegu prądu różnicowego, stosowanie wyłączników typu AC byłoby błędem. Pojawienie się tętnienia DC prowadziłoby do namagnesowania się rdzenia różnicówki i mogło doprowadzić do niezadziałania w odpowiednim czasie lub przy odpowiednio wyższej wartości prądu różnicowego.
Niezwykle istotne jest również uwzględnienie normy EN 61140, która zawiera wymóg stosowania urządzeń różnicowoprądowych typu B w przypadku, gdy istnieje możliwość wystąpienia doziemień DC ≤ 6 mA lub prądów o wyższych harmonicznych. Ze względu na znaczną liczbę elementów elektronicznych i przekształtników w stacjach, szansa wystąpienia prądu różnicowego DC jest aż nadto wysoka.
Projektując wyłącznik różnicowoprądowy, warto sięgnąć do dokumentacji stacji, ponieważ często producenci umieszczają wewnątrz urządzenie RCMU (z ang. residual current monitoring unit), którego zadaniem jest pomiar wartości prądu różnicowego i odcięcie zasilania w momencie przekroczenia wartości progowych, zwykle 6mA DC. Oznacza to, że zaprojektowanie wyłącznika RCD typu A jest wystarczające. Jeśli urządzenia RCMU nie ma, wtedy zalecane jest stosowanie urządzeń typu B, przykładowo: FRCdM-40/4/003-G/B.
Eaton proponuje serię cyfrowych wyłączników różnicowoprądowych FRCdM z optyczną i zdalną sygnalizacją wartości prądu różnicowego. Aparaty te, dostępne w typach B, B+ i BfQ, opierają się na elektromechanicznym wyłączniku z dodatkowym optycznym wyświetlaczem LED na czole aparatu i wbudowanym styku sygnalizacyjnym, bezpotencjałowym. Dzięki temu taki wyłącznik, w odróżnieniu od aparatów elektronicznych, jest niezależny od napięcia sieci, dodatkowo oferując możliwość lokalnego i zdalnego informowania o przekroczeniu wartości progowej przez prąd różnicowy.
Optyczna sygnalizacja realizowana jest za pomocą diod LED. Zielony kolor oznacza prąd różnicowy lub upływu nieprzekraczający 30% In, żółty oznacza przekroczenie 30% I∆n (zwiera się też wtedy styk bezpotencjałowy). Czerwony kolor oznacza przekroczenie 50% I∆n i w konsekwencji rychłe wyzwolenie aparatu. Dane o zwarciu styku bezpotencjałowego można przykładowo wysłać do sterownika PLC, aby poinformować służby serwisowe lub utrzymania ruchu o potencjalnej usterce.
Jeśli prąd upływu chwilowo przekroczy wartość progową, to po chwili styk i optyczna sygnalizacja wrócą do wartości domyślnych. Dodatkowym atutem wyłączników cyfrowych FRCdM od EATON jest rokroczny wymóg testowania aparatu przyciskiem „TEST” na obudowie aparatu. Częstsze okresy mogą być uciążliwe, zwłaszcza przy zarządzaniu dużą ilością stacji w układzie rozproszonym.
Zabezpieczenie nadmiarowoprądowe
Stacje ładowania razem z przewodami należy zabezpieczyć przed przeciążeniem i zwarciem. Wzorcowo dla stacji ładowania AC o mocy 22kW, producenci radzą stosować zabezpieczenia nadmiarowoprądowe o charakterystyce zwarciowej B, prądzie ciągłym o specyfice zwarciowej In 32A i wykonaniu 3-biegowym. W sytuacji, w której stacja ma regulowaną moc, przekroje przewodów, jak i zabezpieczenie powinno brać pod uwagę te warunki pracy. Samo zabezpieczenie od EATON np. wyłącznik nadprądowy HN-B32/3 można doposażyć w styk ZP-NHK w celu monitorowania zdalnego stanu pracy aparatu. Dołożenie wyzwalacza wzrostowego lub zanikowego pozwoli na zdalne odłączenie zasilania np. w połączeniu w na tablicowym, lub natynkowym przyciskiem bezpieczeństwa.
Ochrona przed przepięciami
Stacja ładowania samochodów elektrycznych niezależnie od miejsca montażu narażona jest na konsekwencje wpływu prądu piorunowego. Dobór ogranicznika musi zostać oparty na strefowej koncepcji ochrony LPZ, a także na analizie ryzyka zgodnie z normą EN 62305-2. Poradnik projektowania ochrony przed przepięciami EATON znajdziesz na stronie kompleksowa ochrona przed przepięciami. Jeżeli stacja zasilana jest z podrozdzielnicy, należy sprawdzić, czy i jaki ogranicznik znajduje się w rozdzielnicy poprzedzającej.
Gdy poprzedzające zabezpieczenie jest typu T1+T2, a odległość między rozdzielnicą główną a podrozdzielnicą wynosi powyżej 10 metrów bieżących, trzeba ponowić klasę T2, montując jej ogranicznik w podrozdzielnicy zasilającej stację EVC. Istotne jest również stosowanie pasujących rozwiązań do ochrony elektroniki wewnątrz stacji. Ograniczniki przepięć proponowane przez EATON, mają wymienne wkłady oraz optyczną sygnalizację, możliwość dobudowy styku celem zdalnego monitorowania stanu wkładów.
Autor: Bartłomiej Jaworski, Senior Product Manager w EATON
