Průvodce ochranou komerčního nabíjení elektromobilů

Na této stránce

Komerční lokalita pro nabíjení elektromobilů ne nepotřebuje ACBs, MCCBs, RCBOs, RCDs, SPDs, stykače a odpínače poskládané v jedné univerzální sekvenci. Každé zařízení má jinou funkci. Architektura by měla být zvolena na základě kapacity napájení, diverzifikované nabíjecí zátěže, předpokládaného zkratového proudu, vodiče a způsobu instalace, uspořádání uzemnění, požadované selektivity, konstrukce EVSE, rizika přepětí, cíle kontinuity provozu a místních předpisů.

Na malé lokalitě pro AC nabíjení může stávající hlavní rozváděč napájet jednotlivé obvody nabíjecích bodů prostřednictvím MCBs nebo RCBOs. Větší nabíjecí hub může vyžadovat dedikovaný rozváděč s přívodním MCCB a koordinovanou vývodovou ochranou. ACB se stává relevantním pouze tam, kde to odůvodňuje provozní nebo hlavní distribuční funkce, velikost rámu, úroveň poruchy, ochranné funkce, udržovatelnost a konstrukce rozváděče. DC rychlonabíječky se řídí certifikovanou architekturou nabíječky a pokyny výrobce; nelze je navrhnout škálováním obvodu AC wallboxu.

Architektura ochrany v kostce

Úroveň	Otázka návrhu	Zařízení, která mohou plnit danou funkci	Co zařízení neprokazuje
Hlavní rozváděč	Jak je napájení objektu spínáno a jištěno při vypočteném zatížení a úrovni zkratového proudu?	Stávající hlavní jistič, MCCB nebo ACB v závislosti na instalaci	Že je ACB vyžadován pouze proto, že nabíjení je komerční
Nabíjecí rozváděč	Jak je vyhrazený rozváděč odpojován a jak je jištěna jeho přípojnice/přívod?	Odpínač, MCCB, MCB, pojistka, měření, řízení	Že jedna jmenovitá hodnota je vhodná pro každé místo
Napájecí přívod nabíječky	Jak jsou kabel a napájecí přívod nabíječky chráněny proti přetížení a zkratu?	MCCB, MCB, pojistka nebo zařízení specifikované výrobcem	Ochrana reziduálním proudem, pokud tato funkce není výslovně zahrnuta
Samostatný připojovací bod AC	Jak je zajištěna nadproudová ochrana a ochrana reziduálním proudem pro danou zásuvku/konektor?	MCB plus RCD, nebo RCBO, s požadovaným řešením pro DC reziduální proud	Že jakýkoli RCBO typu A sám o sobě je vhodný pro každé EVSE
Reziduální DC proud	Obsahuje EVSE vyhovující detekci reziduálního DC proudu, nebo je vyžadováno externí řešení?	RCD typu B, nebo RCD typu A/F s příslušným RDC-DD, v závislosti na místních předpisech a pokynech k EVSE	Že RDC-DD nahrazuje doprovodný RCD
Přechodné přepětí	Kde je vyžadována přepěťová ochrana a jak jsou koordinovány jednotlivé stupně?	Uspořádání SPD typu 1, typu 2 nebo kombinovaná uspořádání dle určení instalací	Že jedno SPD vedle nabíječky chrání každou napájecí/datovou cestu
Funkční spínání	Jak bude nabíjení povoleno, omezeno, vzdáleně zastaveno nebo blokováno?	Řízení EVSE, stykač, napěťová spoušť, podpěťová spoušť, systém řízení energie	Ochrana proti zkratu, přetížení nebo reziduálnímu proudu, pokud není zajištěna samostatně
Místní odpojení	Jak lze zařízení bezpečně odpojit pro účely údržby a nouzových postupů?	Uzamykatelný odpínač nebo výrobcem definovaný odpojovací prostředek	Povolení k práci pod napětím nebo obcházení postupů uzamčení/označení (lockout/tagout)

Výrobce ochranného zařízení, výrobce EVSE, výrobce rozváděče a projektant se musí shodnout na vymezení hranic. Symbol označený jako “RCBO” nebo “MCCB” v koncepčním výkresu nestanovuje jmenovité hodnoty, koordinaci ani shodu.

Začněte se vstupy, nikoliv s rámem jističe

Před výběrem ACB, MCCB, MCB, RCBO, RCD nebo SPD shromážděte následující vstupní údaje:

napájecí napětí, fáze, frekvenci, uspořádání uzemnění, jmenovité parametry transformátoru/přípojky a omezení ze strany distributora;
stávající maximální odběr, nabíjecí výkon, koeficient současnosti nabíjení nebo strategii řízení zátěže, účiník, účinnost, harmonické a budoucí rozšíření;
předpokládaný zkratový proud na svorkách přípojky, nabíjecího rozvaděče a nabíjecího bodu;
délku napájecího vedení, materiál a průřez vodičů, způsob instalace, seskupení, okolní teplotu, přípustný úbytek napětí a limity připojení;
topologii EVSE, počet konektorů, maximální proud na připojovací bod, integrované ochranné funkce, výrobcem specifikované předřazené zařízení a certifikaci/registraci;
požadovanou dobu provozuschopnosti, přípustnou ztrátu více nabíječek po jedné poruše, cíle selektivity, přístup pro údržbu, vzdálený monitoring a strategii náhradních dílů;
vystavení blesku, typ napájení, předřazené SPD, trasování kabelů, datová/komunikační rozhraní a místní pravidla pro přepětí;
platné instalační předpisy, normy pro zařízení, požadavky úřadů a vydání norem přijatá v jurisdikci projektu.

Tyto vstupy určují architekturu. Průvodce ochranou EV pro komerční versus rezidenční objekty vysvětluje, proč rozsah, diverzita, veřejný přístup, doba provozuschopnosti a struktura rozváděče mění zadání komerčního návrhu.

K čemu slouží jednotlivá ochranná zařízení

ACB: určení pro hlavní rozvod, nikoliv výchozí volba pro komerční objekty

Vzduchový jistič (ACB) může být vhodný v hlavním rozváděči s vysokým proudem, kde jeho jmenovité provozní napětí/proud, vypínací schopnost, zapínací schopnost, krátkodobý výdržný proud, funkce spouště, nastavení selektivity, komunikace a udržovatelnost odpovídají vypočtenému zatížení. Může sloužit jako hlavní přívodní prvek nebo hlavní distribuční prvek ve velké instalaci.

ACB není automaticky vyžadován na základě počtu nabíječek, slova “komerční” nebo obecné proudové prahové hodnoty. Mnoho komerčních objektů je dostatečně obslouženo stávajícím hlavním zařízením nebo MCCB. Výsuvné provedení může zlepšit plánovanou izolaci a strategii údržby, ale neopravňuje k vyjmutí, vložení nebo výměně pod napětím. Tyto práce se řídí postupy výrobce rozváděče a pravidly elektrické bezpečnosti na pracovišti.

MCCB: přívodní prvek rozváděče nebo ochrana vývodu, kde vyhovuje jeho rozsah a nastavitelnost

MCCB běžně chrání přívody nabíjecích desek, podružné rozvody a napáječe větších nabíječek. V závislosti na konkrétním produktu mohou poskytovat nastavitelné funkce dlouhého zpoždění, krátkého zpoždění, okamžitého vybavení a zemního spojení. Tyto funkce, jejich rozsahy nastavení a případné komunikační schopnosti jsou specifické pro daný model.

MCCB vybírejte až po kontrole zatěžovacího proudu, kapacity vodičů, snížení výkonu vlivem okolní teploty, předpokládaného poruchového proudu, požadované vypínací schopnosti, koordinace s předřazenými/následnými zařízeními a limitů výrobce zařízení. Velikost rámu není totéž co zvolená jmenovitá hodnota spouště.

MCB nebo RCBO: nadproudová ochrana koncových obvodů s odlišným funkčním pokrytím

MCB poskytuje nadproudovou ochranu. RCBO kombinuje nadproudovou ochranu a ochranu před reziduálním proudem v rámci rozsahu a charakteristik konkrétního zařízení. Obě uspořádání lze použít u jednotlivého AC nabíjecího bodu, pokud splňují pokyny pro EVSE, pravidla instalace a strategii ochrany před reziduálním proudem.

RCBO může ušetřit místo v rozváděči a zajistit, že porucha ovlivní pouze jeden obvod namísto sdílené skupiny, ale samotné označení “RCBO” je neúplné. Projektant musí specifikovat jmenovitý proud, vypínací charakteristiku, zkratovou odolnost, jmenovitý reziduální pracovní proud, typ reziduálního proudu, uspořádání pólů a nulového vodiče, závislost na napětí a kompatibilitu s rozváděčem. Podrobné výpočty pro 7 kW a 22 kW patří do Průvodce dimenzováním jističů pro nabíječky elektromobilů.

RCD a RDC-DD: oddělte funkci ochrany před úrazem elektrickým proudem AC od detekce DC

Norma IEC 60364-7-722 se vztahuje na obvody určené k napájení elektrických vozidel a obvody určené pro zpětné dodávání energie z vozidel. U AC nabíjení v režimu 3 závisí řešení ochrany před reziduálním proudem do značné míry na tom, co obsahuje EVSE.

Norma IEC 62955 platí pro zařízení pro detekci reziduálního stejnosměrného proudu (RDC-DD) pro trvale připojené AC nabíjecí stanice v režimu 3 v rámci rozsahu této normy. RDC-DD detekuje příslušný stav hladkého DC reziduálního proudu a iniciuje odpojení prostřednictvím svého definovaného uspořádání; je sám o sobě není RCD poskytující kompletní funkci ochrany před reziduálním proudem.

Běžně dokumentované uspořádání orientované na normy IEC pro každý připojovací bod AC je buď:

RCD typu B s požadovaným jmenovitým reziduálním pracovním proudem; nebo
RCD typu A nebo typu F s vhodným zařízením RDC-DD, pokud to povolená pravidla umožňují a je to podloženo dokumentací výrobce EVSE.

Nevybírejte samostatně RCBO typu A, dokud nebude ověřena detekce 6 mA DC integrovaná v EVSE a její shoda s předpisy. Naopak automaticky nespecifikujte externí zařízení typu B, pokud certifikovaná architektura EVSE a místní pravidla podporují jiné uspořádání. Úplné rozhodnutí patří do průvodce výběrem RCD pro nabíječky EV, zatímco hranice uvedení do provozu je popsána v Průvodce testováním ochrany proti reziduálnímu proudu 6 mA DC.

SPD: ochrana je založena na riziku a koordinována v rámci celé elektrické soustavy

Komerční nabíječky obsahují výkonovou elektroniku, řídicí prvky, komunikační prostředky a síťová rozhraní, která mohou být zranitelná vůči přechodnému přepětí. Požadovaný typ a umístění SPD závisí na systému ochrany před bleskem v budově, uspořádání napájení, posouzení rizik, přijaté normě, předřazené ochraně, délce a vedení kabelů, úrovních odolnosti a pokynech výrobce nabíječky.

SPD na začátku instalace může vyžadovat koordinaci s dalším stupněm v blízkosti vzdáleného nabíjecího rozvaděče nebo nabíječky. Rozhodnutí nelze redukovat na univerzální pravidlo vzdálenosti a ochrana napájecího obvodu automaticky nechrání Ethernet, signalizační ani jiná vodivá rozhraní. Použijte specializovaný průvodce přepěťovou ochranou EV nabíječek pro typ SPD, koordinaci, záložní ochranu, vedení vodičů a monitorování stavu.

Stykač, napěťová spoušť, podpěťová spoušť a energetický management: řízení samo o sobě není ochranou

Komerční objekty často vyžadují povolení/zakázání nabíjení, omezení odběru, nouzové vypnutí, dálkové ovládání nebo blokování. Stykač nebo spoušť může zasáhnout na příkaz EVSE, systému energetického managementu, požární strategie nebo ochranného relé. Jejich kategorie užití, jmenovitý proud, životnost, napájení cívky/ovládání, stav při poruše a koordinace musí odpovídat dané aplikaci.

Tyto komponenty samy o sobě nenahrazují nadproudové ochranné zařízení, RCD, odpínač ani certifikovanou bezpečnostní funkci EVSE. S “dálkovým vypnutím” zacházejte jako s řídicím výstupem, jehož zdroj, napájení, chování při poruše, postup resetování a ověření musí být zdokumentovány.

Tři vzory architektury komerčního nabíjení elektromobilů

Vzor 1: Malé místo pro AC nabíjení v cílové destinaci

Obchod, kancelář nebo pohostinské zařízení, které přidává několik AC nabíječek, může využít volnou kapacitu ve stávajícím rozváděči. Každý připojovací bod stále vyžaduje nadproudovou a reziduální ochranu požadovanou pro EVSE a přijatými pravidly. Samostatný místní rozváděč může být vhodnější, pokud nelze trasy kabelů, řízení zátěže, měření, odpojování, rozšíření nebo selektivitu vyřešit přehledně ve stávajícím rozváděči.

Typické rozhodnutí: stávající hlavní zařízení → nabíjecí distribuční obvod v případě potřeby → individuální MCB plus RCD nebo RCBO → EVSE obsahující nebo spárované se správným řešením pro DC reziduální proud.

Vzor 2: Větší AC nabíjecí hub

Parkoviště s mnoha AC konektory obvykle vyžaduje vyhrazený nabíjecí rozváděč, výpočet diverzifikované zátěže, dynamické řízení zátěže, oddělení vývodových obvodů, měření, komunikaci a koordinovanou ochranu. MCCB může sloužit jako hlavní vypínač rozváděče nebo jako ochranné zařízení podružného vedení. Jednotlivé připojovací body by měly být uspořádány tak, aby porucha jedné nabíječky zbytečně neodpojila velkou skupinu.

Typické rozhodnutí: ochrana přípojky/hlavního rozvodu → hlavní vypínač vyhrazeného nabíjecího rozváděče → koordinovaná ochrana přípojnic/vývodů → individuální ochrana připojovacího bodu → EVSE. Přesné použití MCCB, MCB, RCBO, RCD a SPD se řídí vypočtenými parametry.

Vzor 3: Místo pro rychlonabíjení DC

Rychlonabíječky DC mohou představovat mnohem větší zátěž výkonové elektroniky a jsou často dodávány jako integrované zařízení s výrobcem definovanou ochranou AC vstupu, vnitřními konverzními stupni, ochranou DC výstupu, monitorováním izolace, nouzovými funkcemi, chlazením a komunikací. Předřazená instalace musí být navržena s ohledem na vstupní specifikaci nabíječky, příspěvek k poruchovému proudu a odolnost, harmonické, omezení transformátoru nebo přípojky a certifikované pokyny.

Typické rozhodnutí: ochrana sítě/transformátoru a hlavního rozvaděče → ochrana a izolace napájecího vedení nabíječky → certifikovaná vnitřní architektura výrobce nabíječky. Předřazený RCBO není obecnou náhradou za specifikovaný ochranný systém nabíječky.

Kontroly koordinace, které zabraňují nežádoucímu vypínání a nebezpečným mezerám

Vypínací schopnost a poruchový proud

Použitelná hodnota zkratové odolnosti ochranného přístroje musí být v místě instalace dostatečná. Vypočítejte nebo ověřte předpokládaný poruchový proud, místo abyste jej odvozovali z velikosti budovy. Pokud je použita kaskádní nebo záložní kombinace, musí být podložena testovanými tabulkami výrobců pro konkrétní předřazené a následné přístroje.

Ochrana proti přetížení a proudová zatížitelnost vodičů

Koordinujte nastavení/jmenovitou hodnotu přístroje s návrhovým proudem, korigovanou proudovou zatížitelností vodičů, limity svorek, úbytkem napětí a pokyny pro EVSE. Ve Spojených státech článek 625 NEC považuje příslušné zátěže nabíjení EV za trvalé a používá pravidla dimenzování specifická pro danou jurisdikci; nepřenášejte známé pravidlo 125 % do projektů IEC bez ověření přijaté normy.

Selektivita a kontinuita provozu

Prověřte časově-proudové charakteristiky, prahové hodnoty okamžitého vybavení, krátkodobé zpoždění, funkce zemního spojení, chování při omezení proudu a tabulky selektivity výrobce. Absolutní selektivity nemusí být dosažitelné při všech úrovních poruchy, zvolený výsledek však musí být znám. Porucha nabíječky v podřazeném obvodu by neměla odpojit celý uzel, pokud ji lze lokálně izolovat pomocí podporovaného koordinačního řešení.

Selektivita reziduálních proudů

Více elektronických nabíječek může přispívat ke stálému unikajícímu proudu a vysokofrekvenčním složkám. Ověřte údaje EVSE, typ RCD, jmenovitý reziduální proud, časové zpoždění tam, kde je povoleno, seskupování a koordinaci mezi nadřazenými a podřazenými obvody. Nikdy nezvyšujte hodnoty citlivosti ani nepřidávejte zpoždění pouze za účelem potlačení vypínání, aniž byste prokázali ochranu před úrazem elektrickým proudem a shodu s místními předpisy.

Koordinace SPD

Zkontrolujte napětí elektrické soustavy, systém uzemnění, typ SPD, maximální trvalé provozní napětí, napěťovou ochrannou hladinu, jmenovitý/svodový proud, odolnost proti zkratu, požadované záložní jištění, délku/vedení vodičů a indikaci stavu. Koordinujte kaskádové stupně a chraňte příslušné komunikační cesty tam, kde to vyžaduje posouzení rizik.

Nulový vodič, harmonické složky a čtyřpólové spínání

Jednofázové nabíječky rozprostřené v třífázové elektrické soustavě mohou vytvářet proud v nulovém vodiči a nesymetrii; nelineární zařízení mohou přidat problémy s harmonickými složkami. Prostudujte fázové rozdělení, dimenzování nulového vodiče, harmonické složky násobků tří, požadavky na čtyřpólové spínání a pravidla pro systém uzemnění. Označení 3P+N nebo 4P samo o sobě nepopisuje, které póly jsou chráněny nebo jakým způsobem pracuje nulový vodič.

Ilustrativní příklad architektury

Uvažujme komerční parkoviště plánující dvanáct 22 kW třífázových AC nabíjecích bodů s dynamickým řízením zátěže. Aritmetický instalovaný příkon není konečným návrhovým proudem a tento příklad je nejedná se o konstrukční návrh.

Projektant zaznamená kapacitu přípojky/transformátoru, stávající špičkový odběr, rezervu pro rozšíření lokality, uspořádání uzemnění, vstupní údaje nabíječky a místní předpisy.
Strategie řízení nabíjení stanovuje vynutitelný maximální odběr nabíjení v lokalitě. Jsou definovány režimy selhání tak, aby porucha komunikace nemohla nepozorovaně způsobit přetížení.
Předpokládaný zkratový proud se vypočítá na hlavním rozváděči, vyhrazeném nabíjecím rozváděči a vzdálených nabíjecích bodech.
Přívodní prvek vyhrazeného rozváděče se volí jako MCCB nebo jiné vhodné zařízení až poté, co jsou známy parametry vodičů, přípojnic, vypínací schopnosti, selektivity a izolační funkce.
Každý nabíjecí bod obdrží individuální nadproudovou ochranu napájecího vedení a akceptované uspořádání ochrany před reziduálním proudem na základě toho, zda dané EVSE obsahuje vyhovující RDC-DD.
Požadavky na SPD se určují na základě posouzení bleskové ochrany/napájení lokality, stávajících předřazených stupňů, tras kabelů a odolnosti zařízení – nikoliv pouze z výkonu nabíječky.
Návrh je ověřen oproti koordinačním tabulkám výrobce, výpočtům kabelů, tepelným limitům, pokynům k EVSE, místním požadavkům na revizi a zdokumentovanému plánu uvedení do provozu.

Tento příklad záměrně vynechává jmenovité velikosti jističů. Bez skutečného proudového omezení, instalace kabelů, faktorů okolního prostředí/skupinového uspořádání, úrovně poruchy, cílového úbytku napětí a požadavků výrobce by publikovaná hodnota byla falešnou přesností.

Kontrolní seznam pro návrh a uvedení do provozu

Fáze	Doklady k doplnění před uvedením pod napětí
Základ návrhu	Jednopólové schéma, předpisy/normy a jejich vydání, údaje o napájení, uspořádání uzemnění, metoda výpočtu zatížení/koeficientu soudobosti a případ rozšíření
Výpočty	Maximální odběr, dimenzování/snížení zatížitelnosti vodičů, úbytek napětí, zkratový proud, odpojení, posouzení obloukového výboje tam, kde je vyžadováno, a tepelné kontroly
Výběr přístrojů	Přesné objednací kódy, jmenovité hodnoty/nastavení, vypínací schopnost, chování pólů/nulového vodiče, řešení RCD/RDC-DD, koordinace SPD a pokyny výrobce
Koordinace	Selektivita nebo záložní tabulky pro předřazené/následné jištění, studie nastavení, selektivita reziduálních proudů a přezkoumání režimů poruch
Rozváděč (switchboard)	Jmenovité parametry sestavy, limity přípojnic a teploty, vhodnost z hlediska vnějších vlivů a krytí, vnitřní dělení, přístup, štítky, měření a rezervní kapacita
Funkční bezpečnost	Logika nouzového a dálkového zastavení, chybový stav řízení zátěže, chování stykače/spouště, oprávnění k resetu, ztráta komunikace a rozhraní požárního systému
Zkoušky	Spojitost, izolace, polarita/sled fází, nastavení ochranných přístrojů, zkoušky RCD/RDC-DD pomocí schválených postupů, zkoušky uzemnění/smyčky dle potřeby, stav SPD a funkční vypínací zkoušky
Předání	Dokumentace skutečného provedení jednopólového schématu, záznam o nastavení, výsledky zkoušek, manuály, soubor certifikátů, intervaly údržby, seznam náhradních dílů a vlastník správy změn

Návrh, instalaci, zkoušení a údržbu komerčních systémů nabíjení EV by měli provádět pouze kvalifikovaní pracovníci. Odpojte, zajistěte proti zapnutí, ověřte beznapěťový stav a dodržujte bezpečnostní postupy výrobců rozváděčů a EVSE; tato příručka je architektonickým rámcem, nikoliv technickým schválením pro konkrétní lokalitu.

Výběr ochranných komponent VIOX

Společnost VIOX dodává ACB, MCCB, RCBO, proudové chrániče, SPD, odpínače a řídicí komponenty pro nízkonapěťové rozvody. Výběr produktů by měl začít až po definování výše uvedených ochranných funkcí a vstupních údajů projektu. Pro vypracování návrhu na úrovni konkrétních modelů zašlete jednopólové schéma, napětí/frekvenci, tabulku zátěží, vypočtené úrovně poruchových proudů, údaje o vodičích, požadovaná nastavení/funkce, strategii ochrany reziduálním proudem, studii SPD, cílový trh a požadavky na dokumentaci.

Žádný návrh dodavatele by neměl nahrazovat výpočty projektanta, pokyny výrobce EVSE, ověřená data o koordinaci přístrojů ani schválení příslušným orgánem.

Architektura ochrany komerčního nabíjení elektromobilů: ACB, MCCB, RCBO, RCD a SPD