اختيار قاطع التيار المتبقي (RCD) لشاحن السيارة الكهربائية: النوع B مقابل النوع F مقابل النوع EV (IEC 62955 و IEC 62423)

بالنسبة للمهندسين الكهربائيين والفنيين، يمثل التوسع السريع في البنية التحتية للمركبات الكهربائية (EV) تحديًا خاصًا للحماية: تيارات الأعطال المستمرة (DC). على عكس الأحمال المنزلية القياسية، يمكن لدوائر التقويم داخل شواحن المركبات الكهربائية الموجودة على متنها (OBC) أن تولد تيارات تسرب مستمرة سلسة في حالة حدوث عطل.

إذا لم يتم عزل هذه التيارات المستمرة بشكل صحيح، فقد تعمي أجهزة التيار المتبقي من النوع A (RCDs) الموجودة في المنبع، مما يجعل التركيب الكهربائي بأكمله غير آمن.

يحلل هذا الدليل الهندسي استراتيجيات الحماية الثلاث المتوافقة المحددة بواسطة IEC 60364-7-722 و IEC 61851-1: استخدام جهاز RCD من النوع B، أو جهاز RCD من النوع F (بشروط محددة)، أو نهج “النوع EV” الأحدث (RDC-DD). سندرس الفروق التقنية بين IEC 62423 و IEC 62955 لتحديد الاختيار الأمثل للسلامة والامتثال وفعالية التكلفة.

تأثير “التعمية”: لماذا النوع A غير كافٍ

القضية الأساسية في حماية المركبات الكهربائية هي التشبع المغناطيسي للنواة الاستشعارية في أجهزة RCD القياسية. معيار جهاز التيار المتبقي من النوع A (Type A RCD) (يشيع استخدامه في الدوائر السكنية والتجارية) يستخدم محولًا حلقيًا مُحسَّنًا لـ 50/60 هرتز تيار متردد وتيار مستمر نابض.

متى تيار مستمر سلس (تيار مستمر مع تموج أقل من 10%) يتدفق عبر هذا الحلقي، فإنه يخلق تدفقًا مغناطيسيًا ثابتًا. إذا تجاوز هذا التسرب المستمر 6 مللي أمبير, ، فإنه يمكن أن ينقل نقطة تشغيل النواة المغناطيسية إلى التشبع. بمجرد التشبع، لا يمكن للنواة اكتشاف المجال المغناطيسي المتناوب الناتج عن عطل أرضي بتيار متردد يهدد الحياة. يصبح جهاز RCD “أعمى” ولن يتعثر، مما يترك المستخدمين غير محميين ضد الصدمات الكهربائية.

لذلك، تفرض المعايير الدولية أن أي نقطة شحن للمركبات الكهربائية يجب أن تكون محمية بجهاز يفصل التيار في حالة وجود تيار عطل مستمر ≥ 6 مللي أمبير.

تحديد المتنافسين: النوع B مقابل النوع F مقابل النوع EV

1. جهاز RCD من النوع B (IEC 62423)

إن RCD من النوع B هو الحل الأكثر قوة. يحتوي على نظامين للكشف: بوابة تدفق قياسية للتيار المتردد/المستمر النابض ودائرة كشف إلكترونية عالية التردد منفصلة للتيار المستمر السلس.

• القدرات: يكتشف التيار المتردد الجيبي، والتيار المستمر النابض، و تيار مستمر سلس التيارات المتبقية. يكتشف أيضًا التيارات بترددات تصل إلى 1000 هرتز (مهم للكشف عن تسرب تردد التبديل من العاكسات).
• عتبة التعثر: عادةً 30 مللي أمبير تيار متردد و 60 مللي أمبير تيار مستمر. (ملاحظة: على الرغم من أن المعيار يسمح بما يصل إلى 2x IΔn للتيار المستمر، إلا أن قواطع VIOX من النوع B غالبًا ما تتعثر في وقت أقرب لتعزيز السلامة).
• التطبيق: مطلوب للشواحن ثلاثية الطور حيث يمكن أن يكون تسرب التيار المستمر سلسًا، وللتركيبات التي تتطلب أقصى وقت تشغيل وانتقائية.

2. جهاز RCD من النوع F (IEC 62423)

إن جهاز RCD من النوع F هو نوع A محسّن. يوفر مناعة أفضل ضد التعثر المزعج من تيارات الاندفاع ويمكنه اكتشاف التيارات المتبقية بترددات مختلطة (تصل إلى 1 كيلو هرتز).

• التقييد: الأهم من ذلك،, النوع F لا يكتشف التيار المستمر السلس.
• تطبيق EV: يجب لا استخدم جهاز RCD من النوع F وحده لشحن المركبات الكهربائية. يجب أن يقترن بـ RDC-DD (جهاز الكشف عن التيار المباشر المتبقي) الذي يتعامل مع اكتشاف 6 مللي أمبير تيار مستمر.

3. النوع EV / RDC-DD (IEC 62955)

غالبًا ما يتم تسويقه على أنه “النوع EV”، وهذا من الناحية الفنية جهاز الكشف عن التيار المباشر المتبقي (RDC-DD). إنه مصمم خصيصًا لمنع أجهزة RCD من النوع A الموجودة في المنبع من التعمية.

• الوظيفة: يراقب الدائرة بحثًا عن تسرب التيار المستمر السلس.
• العتبة: يجب أن يجب أن يتعثر عند 6 مللي أمبير تيار مستمر.
• المعايير: يحكمها IEC 62955.
• المتغيرات:
  • RDC-MD (جهاز المراقبة): يكتشف التسرب ويشير إلى ملامس شاحن EV لفتحه. إذا كانت ملامسات الملامس ملحومة، فإن الحماية تفشل.
  • RDC-PD (جهاز الحماية): يتضمن آلية فصل خاصة به (على غرار قاطع الدائرة).

لفهم أعمق لكيفية احتواء هذه الأجهزة في الأنظمة التجارية الأوسع، راجع دليلنا حول حماية شحن المركبات الكهربائية التجارية.

مصفوفة المقارنة الفنية

يلخص الجدول التالي إمكانيات الكشف والامتثال للمعايير لكل نوع جهاز.

*يسمح المعيار IEC 62423 بأن يصل تيار الفصل بالتيار المستمر إلى ضعف تيار التسرب المقنن بالتيار المتردد (IΔn). بالنسبة لجهاز 30 مللي أمبير، يكون هذا 60 مللي أمبير تيار مستمر. ومع ذلك، تم تصميم الجهاز نفسه لتحمل مستوى التيار المستمر هذا دون تعمية.

IEC 62955 مقابل IEC 62423: أي معيار ينطبق؟

غالبًا ما يعتمد الاختيار بين جهاز متوافق مع IEC 62423 (النوع B) وجهاز IEC 62955 (RDC-DD) على أجهزة الشحن وبيئة التركيب.

السيناريو 1: نهج “مدمج” (IEC 62955)

العديد من صناديق الحائط الحديثة للتيار المتردد (7 كيلو واط - شواحن 22 كيلو واط) تأتي مع كشف تيار مستمر 6 مللي أمبير مدمج. هذا هو RDC-DD متوافق مع IEC 62955.

• متطلبات: يجب عليك تثبيت جهاز التيار المتبقي من النوع A (Type A RCD) في اتجاه المنبع في لوحة التوزيع للتعامل مع أعطال التيار المتردد.
• الايجابيات: انخفاض تكلفة المكونات في اللوحة.
• سلبيات: إذا فشل الكشف الداخلي للشاحن، فإن قاطع التيار المتبقي من النوع A في اتجاه المنبع معرض لخطر التعمية. تتضمن الصيانة استبدال لوحة PCB للشاحن بأكملها بدلاً من مكون DIN-rail.

السيناريو 2: نهج “الحماية الخارجية” (IEC 62423)

استخدام مثبت على سكة DIN RCD من النوع B (أو نوع B RCBO) في لوحة التوزيع.

• متطلبات: لا حاجة إلى RDC-DD إضافي داخل الشاحن. يتعامل قاطع التيار المتبقي من النوع B مع أعطال التيار المتردد والتيار المستمر النبضي والتيار المستمر السلس.
• الايجابيات: صيانة مركزية، وموثوقية أعلى، ومحصنة ضد تداخل التيار المستمر الخارجي، وإشارة واضحة لنوع العطل (في الطرازات المتقدمة).
• سلبيات: ارتفاع التكلفة الأولية للمكونات.

إطار عمل قرار الاختيار

عند تحديد الحماية لمشروع ما، اتبع هذا المنطق لضمان الامتثال للمعيار IEC 60364-7-722:

1. تحقق من ورقة بيانات الشاحن: هل تعلن EVSE (معدات إمداد المركبات الكهربائية) عن RDC-DD مدمج متوافق مع IEC 62955؟
   • نعم: يمكنك استخدام النوع أ (أو النوع F) RCD/RCBO في اللوحة.
   • لا: يجب عليك استخدم النوع ب RCD في اللوحة.
2. تحقق من انتقائية المنبع:
   • إذا قمت بتثبيت قاطع التيار المتبقي من النوع B للشاحن، فتأكد من أن يفوز المصهر (أو كلاهما يتعثر). قاطع التيار المتبقي الرئيسي ليس من النوع A. قد يؤدي عطل التيار المستمر الذي يمر عبر النوع B إلى تعمية النوع A في اتجاه المنبع. من الناحية المثالية، يجب توصيل دائرة EV بالتوازي مع الدوائر الأخرى، وليس في اتجاه المصب من النوع A العام RCCB, ، أو يجب أن يكون المفتاح الرئيسي من النوع B (نادر / مكلف) أو غير RCD (إذا كانت TN-C-S / TN-S تسمح بذلك).
3. ضع في اعتبارك البيئات التجارية:
   • في البيئات التجارية التي تحتوي على شواحن متعددة، يمكن أن يكون التسرب التراكمي (حتى أقل من 6 مللي أمبير لكل شاحن) مشكلة. Type B RCDs مفضلة لقدرتها على التحمل وتجنب الاعتماد على الجودة المتنوعة للإلكترونيات الداخلية للشاحن.

تحليل التكلفة مقابل السلامة

بالنسبة للأصول عالية القيمة والبنية التحتية الحيوية، فإن RCD من النوع B يظل هو التفضيل الهندسي نظرًا لاستقلاليته عن الإلكترونيات الداخلية للشاحن. بالنسبة لعمليات الطرح السكنية الجماعية، فإن النوع A + RDC-DD النموذج هو المعيار الاقتصادي.

الأسئلة الشائعة

س: هل يمكنني استخدام قاطع التيار المتبقي من النوع AC لشحن EV؟
A: لا. قواطع التيار المتبقي من النوع AC محظورة لشحن EV في معظم الولايات القضائية (بما في ذلك بموجب IEC 60364-7-722) لأنها لا تستطيع اكتشاف التيار المستمر النبضي، وهو أمر شائع في دوائر تقويم EV.

س: إذا كان لدي قاطع التيار المتبقي من النوع B، فهل أحتاج إلى قضيب أرضي؟
ج: يحدد نوع قاطع التيار المتبقي اكتشاف التسرب، وليس ترتيبات التأريض. ومع ذلك، بالنسبة لإمدادات PME (TN-C-S)، قد تظل بحاجة إلى جهاز كشف PEN مفتوح أو قضيب أرضي، بغض النظر عما إذا كنت تستخدم قاطع التيار المتبقي من النوع B أو النوع A.

س: ما هو الفرق بين RDC-MD و RDC-PD؟
ج: كلاهما معرف في IEC 62955. RDC-MD يراقب تسرب ويأمر الكونتاكتور بالفتح (أرخص، متكامل). RDC-PD لديه خاصية حماية آلية (تبديل)، مما يجعله أكثر أمانًا إذا تم لحام الكونتاكتور في وضع الإغلاق.

س: هل يمكنني استخدام قاطع تيار متبقي من النوع B في اتجاه التيار من قاطع تيار متبقي من النوع A؟
ج: بشكل عام، لا. من الناحية المثالية، يجب تنسيق قواطع التيار المتبقي. في حالة حدوث خطأ DC، فإنه يتدفق عبر كليهما. سيفصل النوع B الموجود في اتجاه التيار، ولكن تيار DC ربما يكون قد أعمى بالفعل النوع A الموجود في اتجاه المنبع، مما يعطله للدوائر الأخرى. أفضل ممارسة هي توصيل دائرة EV بالتوازي أو التأكد من أن الجهاز الموجود في اتجاه المنبع هو أيضًا من النوع B (أو النوع S المؤخر زمنيًا، إذا كان ذلك مناسبًا لتأريض النظام).

لمزيد من المعلومات حول اختيار الحماية المناسبة للدائرة لمشاريعك، استكشف أدلتنا حول عوامل تخفيض التيار الكهربائي و أنواع القواطع الكهربائية.