Monitorowanie prądów upływu w stacjach ładowania pojazdów elektrycznych

From |

Dziś kilka słów na temat bezpieczeństwa obsługi stacji ładowania – skupimy się na ochronie przeciwporażeniowej użytkownika.

Jak wiecie, ze względów bezpieczeństwa, każda instalacja elektryczna z której korzystamy powinna być wyposażona w wyłącznik różnicowoprądowy. Dzięki wykrywaniu minimalnych prądów upływu, powstałych na przykład w skutek drobnych uszkodzeń izolacji, urządzenie to odłącza niebezpieczne napięcie chroniąc użytkownika przed poważnymi konsekwencjami zdrowotnymi, a nawet śmiercią.

Trochę o elektromobilności

Idea pojazdów napędzanych energią elektryczną zgromadzoną w akumulatorach upowszechniła się. Aby je naładować, należy podłączyć pojazd do stacji ładowania. Urządzenia ładujące prądem stałym umożliwiają uzupełnienie energii w krótkim czasie, nie mniej jednak są dość skomplikowane, duże i drogie. Dlatego ich uzupełnieniem jest infrastruktura do ładowania prądem zmiennym, dostępnym z instalacji jedno- lub trójfazowej praktycznie w każdym miejscu. Ich ograniczeniem co prawda jest wydłużony czas ładowania, ale sprawdzają się idealnie w przypadku zaparkowania pojazdu pod domem/w garażu, na parkingu przy pracy lub w centrum handlowym, gdzie spędzamy dłuższą chwilę na zakupach. Tego typu prywatne lub komercyjne punkty ładowania mają zazwyczaj moc do 22 kW. Dostarczane dzięki nim napięcie zmienne jest przekształcane przez układy energoelektroniczne znajdujące się w samochodzie na prąd stały, który ładuje wbudowane w niego akumulatory.

Konstrukcja i zasada działania wyłączników różnicowoprądowych

Wyłącznik róznicoprądowy typu A, funkcjonuje w praktycznie niezmienionej formie od około 100 lat. Jego działanie opiera się na prostej zasadzie przekładnika Ferrantiego. Przewody fazowe i neutralny przechodzą przez środek rdzenia magnetycznego, na którym nawinięta jest cewka. W przypadku normalnej pracy, wektorowa suma prądów sinusoidalnych jest równa zeru. W cewce nie indukuje się żaden prąd, dzięki czemu styki przekaźnika podłączonego do niej pozostają w stanie zamkniętym. Kiedy pojawi się prąd upływu na którymkolwiek przewodzie, równowaga prądów przechodzących przez przekładnik pozostanie zachwiana. Pojawi się siła elektromotoryczna wyzwalająca styki, odłączając napięcie od zasilanego obwodu.

Konstrukcja ta, choć niezawodna w swej prostocie, ma jednak jedną wadę. Jeśli w którymkolwiek przewodzie popłynie minimalny prąd stały (np. ze wspomnianego wcześniej upływu poprzez uszkodzenie izolacji kabli wewnątrz auta), spowoduje nasycenie się rdzenia przekładnika, zakłócając jego działanie. W takim przypadku upływ prądu zmiennego przechodzącego przez rdzeń nie zostanie zarejestrowany przez cewkę. Czyli nie nastąpi odłączenie niebezpiecznego napięcia jeśli wystąpi usterka w obwodzie AC.

Radą na to może się wydawać zastosowanie RCD typu B, który jest w stanie wykryć występującą składową stałą i odpowiednio zadziałać. Jednak jest to dość drogie rozwiązanie. RCD typu A kosztuje od kilkudziesięciu do kilkuset złotych, natomiast rynkowe ceny wyłączników różnicowoprądowych typu B, z racji bardziej skomplikowanej konstrukcji,  są nawet dziesięciokrotnie wyższe (do kilku tys. PLN).

Czy jest więc inna opcja?

Oczywiście. Można zastosować element monitorujący wystąpienie składowej stałej. Przykładem takich urządzeń, dedykowanych do stacji ładowania AC, jest seria EV-RCM dostępna w ofercie akcesoriów Phoenix Contact.

Budowa EV-RCM

Przykładowy moduł EV-RCM składa się z dwóch elementów

  • cewki (zakładanej na przewody AC wychodzące  ze stacji ładowania do pojazdu)
  • modułu elektronicznego

Moduł elektroniczny po wykryciu minimalnego stałego prądu (6mA) wysyła sygnał alarmowy do sterownika, który może uniemożliwić załączenie ładowania lub przerwać proces, jeśli takowy upływ wystąpi w jego trakcie. Informacja ze sterownika może zostać przekazana na interfejs zewnętrzny ładowarki, sugerując udanie się z pojazdem do serwisu w celu naprawy awarii. 

Dzięki wyeliminowaniu możliwości trwałego pojawienia się składowej stałej w przewodach AC, w stacji ładowania można bezpiecznie zastosować standardowy RCD typu A. Łączny koszt takiego wyłącznika różnicowoprądowego oraz modułu EV RCM jest kilkukrotnie niższy niż RCD typ B.

Przykład obwodu stacji ładowania AC z zastosowanym modułem EV RCM oraz standardowym wyłącznikiem RCD typ A.
Moduły EV RCM dostępne są w dwóch wariantach. Z jednym przekładnikiem (dla prostych, np. domowych stacji ładowania) oraz z dwoma przekładnikami z niezależnymi wyjściami (np. dla słupków ładowania montowanych na parkingach, dostępnych z dwóch stron).
Sterowniki w wersji Advanced posiadają wbudowany konstrukcyjnie moduł RCM. Upraszcza to znacznie budowę i konfigurację stacji ładowania AC.

Sprawność infrastruktury punktów ładowania jest kluczowa, ponieważ poza generowaniem zysków dla jej operatora, skutecznie przyczynia się do popularyzacji elektromobilności. Nic nie irytuje bardziej jak konieczność „zatankowania” pojazdu i trafienie na niedziałający „dystrybutor paliwa”. Rozwiązanie monitorujące stałe prądy upływu przyczynia się ponadto do wzrostu niezawodności słupków ładowania prądem stałym, przy jednocześnie rozsądnym podejściu kosztowym przy ich konstrukcji.

Więcej o rozwiązaniach Phoenix Contact dla elektromobilności możesz przeczytać TUTAJ.

Autor:Piotr Andrzejewski
Menadżer Segmentu Przyłączy do Urządzeń
Menadżer Produktów E-mobility

Share

Share

Tell your friends about us!

Contact

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *