Con l'accelerazione della transizione globale verso la mobilità elettrica, l'attenzione si sposta dai singoli caricabatterie domestici alle infrastrutture di ricarica per veicoli elettrici commerciali su larga scala. L'installazione di caricabatterie per flotte, parcheggi pubblici e centri commerciali è molto più complessa di una semplice installazione residenziale. Questi ambienti richiedono un sistema elettrico che non sia solo potente, ma anche eccezionalmente sicuro, affidabile e intelligente.
Le sfide sono significative: carichi continui ad alta corrente in funzione per ore, potenziale distorsione armonica, esposizione a condizioni esterne difficili e, soprattutto, un requisito irrinunciabile per la sicurezza del pubblico e degli operatori. Un approccio frammentario alla protezione è una ricetta per tempi di inattività, guasti alle apparecchiature e rischi per la sicurezza inaccettabili.
In VIOX, sosteniamo un'architettura di protezione sistematica e multistrato. Questo approccio garantisce che ogni punto della catena elettrica, dalla connessione alla rete fino alla singola porta di ricarica, sia protetto con il dispositivo di protezione corretto. Questa guida descrive in dettaglio la nostra strategia a cinque livelli, integrando interruttori automatici aperti (ACB), Interruttori automatici scatolati (MCCB), e interruttori differenziali con protezione da sovracorrente (RCBO) per costruire un ecosistema di ricarica per veicoli elettrici veramente robusto.
Livello 1: La connessione alla rete (alimentatore principale in entrata)
Il fondamento di qualsiasi stazione di ricarica commerciale è l'alimentatore principale in entrata, tipicamente sul lato a bassa tensione di un trasformatore dedicato. Questo è l'unico punto di alimentazione per l'intero sito, che gestisce correnti elevate da 400 A a oltre 2000 A. La protezione di questo punto di ingresso critico è imprescindibile.
Componente principale: interruttore automatico aperto (ACB)
Il ruolo dell'interruttore automatico principale è quello di fornire protezione primaria da sovracorrente e interruzione di guasto di alto livello per l'intera installazione. Per questo compito, l'interruttore automatico aperto (ACB) è lo standard del settore. La sua funzione principale è quella di scollegare in sicurezza l'intera stazione in caso di cortocircuito importante o sovraccarico prolungato, prevenendo guasti catastrofici e proteggendo la rete elettrica.
Gli ACB sono specificati per la loro elevata corrente nominale (In) e, soprattutto, per la loro capacità di interruzione ultima (Icu), che per le infrastrutture di veicoli elettrici su larga scala dovrebbe essere compresa tra 65 kA e 100 kA per gestire la potenziale corrente di cortocircuito dal trasformatore di alimentazione.
Approfondimento VIOX: perché gli ACB estraibili sono essenziali per le stazioni di ricarica
Per un'operazione commerciale in cui il tempo di attività è direttamente legato al fatturato, la manutenzione può essere una sfida importante. È qui che la scelta tra un ACB fisso e uno estraibile diventa critica. Mentre un ACB fisso è imbullonato direttamente alle sbarre, un ACB estraibile è montato su un telaio scorrevole.
Questo design consente a un operatore di estrarre, ispezionare, testare o sostituire in sicurezza l'intero interruttore senza diseccitare il quadro principale. In una stazione di ricarica aperta 24 ore su 24, 7 giorni su 7, ciò significa che un ACB difettoso può essere sostituito in pochi minuti, non in ore, migliorando notevolmente la disponibilità del sistema. Per maggiori dettagli su questo, consulta la nostra guida completa su ACB di tipo fisso rispetto a ACB di tipo estraibile.
| Funzione | ACB di tipo fisso | ACB di tipo estraibile | Raccomandazione VIOX per le stazioni di ricarica per veicoli elettrici |
|---|---|---|---|
| Manutenzione | Richiede l'arresto completo del quadro. | Può essere sostituito mentre il quadro è in tensione. | Tipo estraibile |
| Tempo di inattività | Alto (ore). | Minimo (minuti). | Tipo estraibile |
| Costo iniziale | Inferiore. | Superiore. | L'investimento nel tempo di attività giustifica il costo. |
| Sicurezza | Rischio più elevato durante la manutenzione. | Maggiore sicurezza tramite isolamento. | Tipo estraibile |
| Ingombro | Più piccolo. | Più grande a causa del telaio. | Un compromesso necessario per l'affidabilità. |
Livello 2: Distribuzione dell'energia (quadro di sottodistribuzione)
Una volta che l'energia entra nella struttura attraverso l'ACB, deve essere suddivisa e inviata a varie zone di ricarica o “isole”. Un quadro di sottodistribuzione serve a questo scopo, alimentando gruppi da 4 a 8 caricabatterie. La protezione a questo livello è fondamentale per la selettività, garantendo che un guasto su un singolo gruppo di caricabatterie non provochi lo scatto dell'ACB principale e l'oscuramento dell'intera stazione.
Componente principale: interruttore scatolato (MCCB)
Gli MCCB sono i cavalli di battaglia della distribuzione di energia commerciale. In un contesto di ricarica per veicoli elettrici, fungono da protezione dell'alimentatore per ogni gruppo di caricabatterie. Conformi alla norma IEC 60947-2, forniscono una protezione robusta contro sovraccarichi e cortocircuiti all'interno di un telaio più compatto rispetto a un ACB.
Approfondimento VIOX: il ruolo critico delle unità di sgancio elettroniche (ETU)
Sebbene siano disponibili MCCB termomagnetici di base, i carichi di ricarica per veicoli elettrici commerciali richiedono maggiore intelligenza. I caricabatterie per veicoli elettrici non sono semplici carichi resistivi; sono sofisticati dispositivi di elettronica di potenza che possono avere sequenze di avvio e profili di carico complessi.
Questo è il motivo per cui VIOX raccomanda vivamente gli MCCB con unità di sgancio elettroniche (ETU). Un'ETU utilizza un microprocessore per offrire impostazioni di protezione altamente regolabili e precise (lungo ritardo, corto ritardo, istantaneo). Ciò consente agli ingegneri di:
- Regolare con precisione la protezione da sovraccarico per adattarsi al carico continuo dei caricabatterie senza scatti intempestivi.
- Impostare ritardi di breve durata per ottenere un coordinamento (selettività) adeguato con l'ACB a monte e gli interruttori automatici finali a valle.
- Monitorare la qualità dell'energia e registrare gli eventi di guasto per una diagnostica più semplice.
Anche il corretto collegamento di questi interruttori al sistema di distribuzione dell'energia è fondamentale per la sicurezza e l'affidabilità. Per maggiori informazioni, esplora le nostre guide su Selezione MCCB e Protezione del collegamento della sbarra collettrice.
| Potenza del caricabatterie (per colonnina) | Numero di caricabatterie per gruppo | Carico totale del gruppo (Ampere) | Corrente nominale MCCB VIOX consigliata (Ampere) |
|---|---|---|---|
| 7,4 kW (1 fase) | 6 | ~192A | Telaio da 250 A, impostato su 200 A |
| 11 kW (3 fasi) | 4 | ~64A | Telaio da 100 A, impostato su 80 A |
| 22 kW (3 fasi) | 4 | ~128A | Telaio da 160 A, impostato su 140 A |
| 22 kW (3 fasi) | 8 | ~256A | Telaio da 300 A, impostato su 275 A |
Nota: il dimensionamento deve tenere conto dei fattori di carico continuo (ad esempio, 125% per NEC) e dei requisiti del codice locale.
Livello 3: L'ingresso della colonnina di ricarica (Protezione del circuito finale)
Questo è il livello più critico per la sicurezza del personale. Il circuito finale alimenta direttamente una singola porta di ricarica EV e deve fornire una protezione impeccabile sia contro le sovracorrenti sia, soprattutto, contro le dispersioni elettriche pericolose per la vita.
Componente principale: RCBO (Interruttore differenziale con protezione da sovracorrente)
Un RCBO è il dispositivo ideale per questo livello, poiché combina la protezione da sovraccarico e cortocircuito di un interruttore automatico miniaturizzato (MCB) con la protezione da dispersione a terra di un dispositivo a corrente differenziale (RCD) in un'unica unità compatta. Tuttavia, non tutti gli RCD sono creati uguali e per la ricarica di veicoli elettrici, il tipo tipo di RCD è fondamentale.
Approfondimento VIOX: La necessità non negoziabile della protezione RCD di tipo B
Il caricabatterie di bordo di un veicolo elettrico converte la corrente alternata dalla rete in corrente continua per caricare la batteria. In determinate condizioni di guasto all'interno del veicolo, questo processo può causare la riflusso di corrente di dispersione CC liscia nel circuito CA.
Questo è un rischio specifico per l'elettronica di potenza come i caricabatterie EV e gli inverter solari. Uno standard RCD di tipo A, comunemente presente in ambienti residenziali, è progettato per rilevare solo dispersioni CA e CC pulsanti. È completamente cieco alla corrente di dispersione CC liscia. Peggio ancora, la presenza di oltre 6 mA di dispersione CC può saturare il nucleo magnetico di un RCD di tipo A, rendendolo incapace di intervenire anche per i guasti CA per i quali è progettato per proteggere.
Questo è il motivo per cui la norma IEC 61851-1 e altri standard globali impongono la protezione contro le correnti residue CC. Ciò si ottiene utilizzando un RCD di tipo B RCD di tipo B (o un sistema equivalente con un RCD di tipo A più un dispositivo di rilevamento CC separato da 6 mA). Un RCD di tipo B è specificamente progettato per rilevare CA sinusoidale, CC pulsante, e correnti di dispersione CC liscia, fornendo una protezione completa.
Utilizzare qualcosa di inferiore alla protezione di tipo B in una stazione di ricarica EV commerciale è una grave violazione della conformità e della sicurezza. Per un approfondimento su questo argomento cruciale, leggi la nostra guida essenziale su tipi di RCCB per la ricarica di veicoli elettrici. Per calcoli specifici sul dimensionamento del circuito finale, fare riferimento alla nostra guida al dimensionamento degli interruttori per caricabatterie da 7kW-22kW.
| Tipo di RCD | Guasto CA sinusoidale | Guasto CC pulsante | Guasto CC liscia | Adatto per la ricarica di veicoli elettrici? |
|---|---|---|---|---|
| Tipo AC | ✅ | ❌ | ❌ | No. Non sicuro. |
| Tipo A | ✅ | ✅ | ❌ | Solo se il caricabatterie ha una protezione CC integrata da 6 mA. |
| Tipo F | ✅ | ✅ | ❌ | No. Offre protezione ad alta frequenza ma non CC liscia. |
| Tipo B | ✅ | ✅ | ✅ | Sì. La scelta più sicura e conforme. |
Livello 4: Controllo e commutazione (all'interno del caricabatterie)
Nel profondo della stazione di ricarica si trova il componente che svolge il lavoro quotidiano: il contattore. Questo dispositivo funge da interruttore per impieghi gravosi, eccitando e diseccitando l'uscita verso il veicolo su comando del controller della stazione (che comunica tramite protocolli come OCPP).
Componente principale: Contattore CA (modulare o industriale)
A differenza di un interruttore automatico, che è un dispositivo di sicurezza, un contattore è progettato per una commutazione operativa frequente. In una stazione di ricarica pubblica trafficata, un singolo contattore potrebbe operare dozzine o addirittura centinaia di volte al giorno.
Approfondimento VIOX: Priorità alla durata elettrica e al funzionamento silenzioso
Per le stazioni di ricarica CA di livello 2, che sono spesso installate in aree sensibili al rumore come garage residenziali o edifici per uffici, contattori modulari i contattori modulari sono la scelta migliore. Sono progettati per il montaggio su guida DIN, sono estremamente compatti e sono progettati per un funzionamento silenzioso e “senza ronzio”. Se hai mai avuto a che fare con un contattore ronzante o vibrante, capisci il valore di un design silenzioso.
Ancora più importante, per questa applicazione, è necessario specificare un contattore con un'elevata durata elettrica. La durata meccanica di un contattore (quante volte può aprirsi e chiudersi senza carico) è sempre molto superiore alla sua durata elettrica (quante volte può commutare il suo carico nominale). Per il ciclo di lavoro incessante di un caricabatterie EV, un contattore con un'elevata categoria di utilizzo AC-1 e una comprovata durata elettrica di centinaia di migliaia di cicli è essenziale per l'affidabilità a lungo termine. Confronta i vantaggi di contattori modulari rispetto a quelli tradizionali per fare la scelta giusta per il tuo progetto.
Livello 5: Sicurezza dai transitori (Protezione contro le sovratensioni)
L'elettronica sofisticata all'interno sia del caricabatterie EV che del veicolo stesso è altamente vulnerabile alle sovratensioni. Questi transitori possono essere causati da fulmini vicino alla struttura o da operazioni di commutazione sulla rete elettrica. Una singola sovratensione potente può distruggere le schede di controllo e il caricabatterie di bordo (OBC) dell'auto, causando riparazioni costose e clienti insoddisfatti.
Componente principale: Dispositivo di protezione contro le sovratensioni (SPD)
Il compito di un SPD è rilevare una sovratensione transitoria e deviare la corrente di sovratensione dannosa in modo sicuro a terra prima che raggiunga apparecchiature sensibili. Un approccio a più livelli alla protezione contro le sovratensioni è il più efficace.
Approfondimento VIOX: Una strategia SPD coordinata (Tipo 1+2 e Tipo 2)
- Pannello principale (Livello 1): Un SPD di tipo 1+2 dovrebbe essere installato nel quadro principale, subito dopo l'ACB principale. Un dispositivo di tipo 1 è abbastanza robusto da gestire correnti di fulmine parziali, fornendo la prima e più potente linea di difesa.
- Sottodistribuzione (Livello 2): Un DOCUP di tipo 2 dovrebbe essere installato nei quadri di sottodistribuzione che alimentano i gruppi di caricabatterie. Questo SPD secondario blocca qualsiasi tensione residua lasciata passare dall'SPD primario e protegge dalle sovratensioni generate internamente.
Questo approccio coordinato garantisce che la tensione sia bloccata a livelli progressivamente inferiori e più sicuri man mano che si sposta verso il carico finale. Questo è un elemento cruciale sia per la ricarica CA che, ancor più, per la protezione dei caricabatterie rapidi CC ad alta potenza. Per una panoramica completa dell'approvvigionamento di questi componenti critici, consultare la nostra guida definitiva all'acquisto di SPD.
Il quadro generale: protezione commerciale vs. residenziale
Le esigenze elettriche e i requisiti di sicurezza di un hub di ricarica commerciale sono di un ordine di grandezza superiori a quelli di un singolo caricabatterie domestico. Questa tabella riassume le principali differenze nella filosofia di protezione. Per un confronto più dettagliato, consulta la nostra guida alla protezione commerciale vs. residenziale.
| Aspetto della protezione | Caricabatterie EV residenziale | Stazione di ricarica EV commerciale |
|---|---|---|
| Interruttore principale | Interruttore del pannello principale da 100-200 A | Interruttore automatico in aria (ACB) da 400 A – 2000 A+ |
| Protezione dell'alimentatore | N/A (circuito diretto) | Interruttori scatolati (MCCB) per gruppi |
| Circuito finale | MCB o RCBO da 32A-40A | RCBO da 32A-63A per porta |
| Protezione dalle dispersioni | Tipo A (se il caricabatterie ha un sensore CC da 6mA) o Tipo B | RCBO di tipo B (obbligatorio) |
| Protezione dalle sovratensioni | Tipo 2 (per tutta la casa) raccomandato | Tipo 1+2 (ingresso principale) + Tipo 2 (sottopannelli) |
| Focus sull'uptime | Convenienza | Mission-Critical (generazione di entrate) |
| Manutenzione | Reattivo (scatto/guasto) | Proattivo (interruttori estraibili, monitoraggio) |
Domande frequenti (FAQ)
1. Perché non posso semplicemente usare MCB standard per la ricarica commerciale di veicoli elettrici?
Gli interruttori magnetotermici miniaturizzati standard (MCB) non dispongono delle impostazioni di intervento regolabili degli MCCB, il che rende difficile il coordinamento e la selettività in un sistema di grandi dimensioni. Ancora più importante, un MCB non fornisce alcuna protezione contro le dispersioni verso terra, che è un requisito di sicurezza fondamentale per la ricarica dei veicoli elettrici. Un RCBO è il minimo indispensabile per il circuito finale.
2. Qual è la vera differenza tra un RCD di tipo A e di tipo B per un caricabatterie EV?
Un RCD di Tipo A non è in grado di rilevare correnti di guasto CC continue, un rischio specifico posto dai caricabatterie per veicoli elettrici. Ciò può comportare il mancato intervento del dispositivo in caso di guasto pericoloso. Un RCD di Tipo B è progettato per rilevare correnti di guasto CA, CC pulsante e CC continue, fornendo una protezione completa come richiesto dagli standard di sicurezza come IEC 61851-1.
3. Come dimensiono un ACB per una stazione commerciale con 20 caricabatterie?
Il dimensionamento dell'interruttore automatico scatolato principale (ACB) comporta il calcolo della domanda massima totale, l'applicazione di un fattore di diversità (che può essere 1,0 per le stazioni commerciali, presupponendo che tutti i caricabatterie possano essere utilizzati contemporaneamente) e la considerazione di future espansioni. Per una stazione con venti caricabatterie da 22kW (32A), il carico totale è di 640A. Un fattore di diversità di 0,8 potrebbe produrre 512A. Si selezionerebbe la successiva dimensione standard di ACB, come un ACB con telaio da 800A, e si imposterebbe di conseguenza l'unità di sgancio elettronico. Consultare sempre un ingegnere qualificato.
4. Ho bisogno di SPD su ogni singola colonnina di ricarica?
La strategia più efficace è stratificata. Un SPD di Tipo 1+2 principale all'ingresso dell'alimentazione fornisce la protezione primaria. SPD di Tipo 2 secondari dovrebbero essere posizionati nei quadri di distribuzione che alimentano gruppi di caricabatterie. In genere, non è necessario posizionare un SPD in ogni singola colonnina se la distanza dal sotto-quadro è breve (ad esempio, <10 metri) e potrebbe non essere economicamente vantaggioso.
5. Qual è una tipica capacità di interruzione (valore kA) per gli MCCB nella ricarica EV?
Questo dipende dalla corrente di corto circuito presunta (PSCC) nel punto di installazione. Per i quadri di sottodistribuzione alimentati da un trasformatore di grandi dimensioni, la PSCC può essere significativa. Le tipiche capacità di interruzione per gli MCCB in questa applicazione variano da 25kA a 50kA per garantire che possano interrompere in sicurezza un guasto senza guastarsi.
Conclusione: Costruire la spina dorsale elettrica per l'e-mobility
Una stazione di ricarica commerciale per veicoli elettrici di successo è più di un assemblaggio di caricabatterie. È un ecosistema elettrico coeso in cui la sicurezza e l'affidabilità sono progettate fin dal primo collegamento alla rete. Un robusto “sistema nervoso” elettrico, costruito su un'architettura a strati di ACB correttamente specificati, MCCB con unità di intervento intelligenti, RCBO di tipo B obbligatori e protezione da sovratensioni coordinata, è la vera base di una rete di ricarica ad alta operatività, redditizia e, soprattutto, sicura.
Implementando questa strategia di protezione a cinque livelli, sviluppatori e operatori possono andare oltre la semplice fornitura di energia e offrire la fiducia e l'affidabilità che il futuro della mobilità elettrica richiede.
Stai progettando la tua prossima stazione di ricarica commerciale? Contatta il team di ingegneri VIOX per una revisione completa della distinta base (BOM) e consigli di selezione personalizzati in base alle esigenze specifiche del tuo progetto.
