Guida alla protezione per la ricarica EV commerciale

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Un sito commerciale di ricarica EV non necessita di ACB, MCCB, RCBO, RCD, SPD, contattori e sezionatori disposti in una sequenza universale. Ogni dispositivo ha una funzione diversa. L'architettura deve essere selezionata in base alla capacità di alimentazione, al carico di ricarica diversificato, alla corrente di cortocircuito presunta, al conduttore e al metodo di installazione, al sistema di messa a terra, alla selettività richiesta, al design dell'EVSE, al rischio di sovratensioni, all'obiettivo di continuità di servizio e alla normativa locale.

In un piccolo sito di ricarica AC, un quadro elettrico principale esistente può alimentare i circuiti dei singoli punti di ricarica tramite MCB o RCBO. Un hub di ricarica più grande può giustificare un quadro dedicato con un interruttore di ingresso MCCB e una protezione in uscita coordinata. Un ACB diventa rilevante solo laddove il servizio o la funzione di distribuzione principale, la taglia, il livello di guasto, le funzioni di protezione, la manutenibilità e il design del quadro lo giustifichino. I caricabatterie rapidi DC seguono l'architettura certificata del caricabatterie e le istruzioni del produttore; non possono essere progettati scalando un circuito di una wallbox AC.

Architettura di protezione in sintesi

Livello	Domanda di progettazione	Dispositivi che possono svolgere la funzione	Cosa il dispositivo non dimostra
Servizio / quadro principale	Come viene commutata e protetta l'alimentazione del sito in base al carico calcolato e al livello di guasto?	Interruttore principale esistente, MCCB o ACB a seconda dell'installazione	Che un ACB sia richiesto semplicemente perché la ricarica è di tipo commerciale
Quadro di distribuzione di ricarica	Come viene isolato il quadro dedicato e come sono protetti la sua sbarra collettrice/linea di alimentazione?	Sezionatore, MCCB, MCB, fusibile, misurazione, controllo	Che una taglia nominale sia adatta per ogni sito
Linea di alimentazione del caricabatterie	Come sono protetti il cavo e l'alimentatore del caricabatterie contro sovraccarico e cortocircuito?	MCCB, MCB, fusibile o dispositivo specificato dal produttore	Protezione contro la corrente residua a meno che tale funzione non sia esplicitamente inclusa
Punto di connessione AC individuale	Come sono previste le funzioni di protezione da sovracorrente e corrente residua per tale presa/connettore?	MCB più RCD, o RCBO, con la soluzione richiesta per la corrente residua DC	Che qualsiasi RCBO di tipo A sia da solo idoneo per ogni EVSE
Corrente residua DC	L'EVSE include un rilevamento della corrente residua DC conforme, o è richiesta una soluzione esterna?	RCD di tipo B, o RCD di tipo A/F con RDC-DD appropriato, in base alle normative locali e alle istruzioni dell'EVSE	Che un RDC-DD sostituisca l'RCD a corredo
Sovratensione transitoria	Dove è richiesta la protezione contro le sovratensioni e come vengono coordinati gli stadi?	Configurazioni SPD di tipo 1, tipo 2 o combinate, come determinato dall'installazione	Che un singolo SPD accanto al caricabatterie protegga ogni percorso di alimentazione/dati
Commutazione funzionale	Come verrà abilitata, limitata, arrestata da remoto o interbloccata la ricarica?	Controlli EVSE, contattore, sganciatore a lancio di corrente, sganciatore di minima tensione, sistema di gestione dell'energia	Protezione da cortocircuito, sovraccarico o corrente residua, a meno che non sia fornita separatamente
Sezionamento locale	Come può l'apparecchiatura essere isolata in sicurezza per le procedure di manutenzione e di emergenza?	Interruttore-sezionatore lucchettabile o mezzi di isolamento definiti dal produttore	Autorizzazione a lavorare sotto tensione o a bypassare le procedure di lockout/tagout

Il produttore del dispositivo di protezione, il produttore dell'EVSE, il costruttore del quadro elettrico e il progettista devono concordare i limiti. Un simbolo etichettato come “RCBO” o “MCCB” in uno schema concettuale non stabilisce le caratteristiche nominali, il coordinamento o la conformità.

Partire dagli ingressi, non dal telaio dell'interruttore automatico

Prima di selezionare un ACB, MCCB, MCB, RCBO, RCD o SPD, raccogliere i seguenti dati in ingresso:

tensione di alimentazione, fasi, frequenza, sistema di messa a terra, potenza nominale del trasformatore/servizio e vincoli dell'ente distributore;
massima domanda esistente, potenza di ricarica, contemporaneità di ricarica o strategia di gestione del carico, fattore di potenza, efficienza, armoniche ed espansione futura;
corrente di cortocircuito presunta presso il servizio, il quadro di ricarica e i morsetti del punto di ricarica;
lunghezza della linea di alimentazione, materiale e sezione del conduttore, metodo di installazione, raggruppamento, temperatura ambiente, caduta di tensione ammissibile e limiti di terminazione;
topologia EVSE, numero di connettori, corrente massima per punto di connessione, funzioni di protezione integrate, dispositivo a monte specificato dal produttore e certificazione/omologazione;
tempo di attività richiesto, perdita accettabile di più caricabatterie dopo un guasto, obiettivi di selettività, accesso per la manutenzione, monitoraggio remoto e strategia per le parti di ricambio;
esposizione ai fulmini, tipo di alimentazione, SPD a monte, percorso dei cavi, interfacce dati/comunicazione e normative locali sulle sovratensioni;
codice di installazione applicabile, standard delle apparecchiature, requisiti dell'autorità e le edizioni adottate nella giurisdizione del progetto.

Questi ingressi determinano l'architettura. La guida alla protezione dei veicoli elettrici in ambito commerciale rispetto a quello residenziale spiega perché la scala, la diversità, l'accesso pubblico, il tempo di attività e la struttura del quadro di distribuzione modificano l'attività di progettazione commerciale.

A cosa serve ogni dispositivo di protezione

ACB: servizio di distribuzione principale, non un'impostazione predefinita per siti commerciali

Un interruttore automatico ad aria può essere appropriato in un quadro elettrico principale ad alta corrente laddove la sua tensione/corrente operativa nominale, il potere di interruzione, il potere di chiusura, la corrente di breve durata ammissibile, le funzioni dell'unità di sgancio, le impostazioni di selettività, le comunicazioni e la manutenibilità si adattano al servizio calcolato. Può fungere da ingresso di servizio o di distribuzione principale in una grande installazione.

Un ACB non è richiesto automaticamente dal numero di caricabatterie, dal termine “commerciale” o da una soglia di corrente generica. Molti siti commerciali sono adeguatamente serviti da un dispositivo principale esistente o da un MCCB. Una costruzione estraibile può migliorare la strategia di isolamento e manutenzione programmata, ma non autorizza la rimozione, l'inserimento o la sostituzione sotto tensione. Le procedure del produttore del quadro elettrico e le norme di sicurezza elettrica del sito regolano tale lavoro.

MCCB: protezione dell'ingresso del quadro o della linea di alimentazione laddove la sua gamma e regolabilità sono adatte

Gli MCCB proteggono comunemente gli ingressi dei quadri di ricarica, le linee secondarie e le linee di alimentazione dei caricabatterie più grandi. A seconda del prodotto specifico, possono fornire funzioni regolabili di protezione a lungo ritardo, breve ritardo, istantanea e guasto a terra. Tali funzioni, i loro campi di regolazione ed eventuali capacità di comunicazione sono specifici del modello.

Selezionare un MCCB solo dopo aver verificato la corrente di carico, la portata dei conduttori, il declassamento ambientale, la corrente di guasto presunta, il potere di interruzione richiesto, il coordinamento con i dispositivi a monte/a valle e i limiti del produttore dell'apparecchiatura. La taglia del telaio non coincide con la taratura di sgancio selezionata.

MCB o RCBO: protezione da sovracorrente del circuito finale con diversa copertura funzionale

Un MCB fornisce protezione da sovracorrente. Un RCBO combina la protezione da sovracorrente e da corrente residua entro l'ambito e le caratteristiche del dispositivo specifico. Entrambe le configurazioni possono essere utilizzate presso un singolo punto di ricarica AC quando soddisfano le istruzioni dell'EVSE, le regole di installazione e la strategia per la corrente residua.

Un RCBO può ridurre lo spazio nel quadro e far sì che un guasto interessi un solo circuito anziché un gruppo condiviso, ma il termine “RCBO” da solo è incompleto. Il progettista deve specificare la corrente nominale, la curva di sgancio, il potere di cortocircuito, la corrente operativa residua, il tipo di corrente residua, la configurazione di poli e neutro, la dipendenza dalla tensione e la compatibilità con il quadro. I calcoli dettagliati per 7 kW e 22 kW rientrano nel Guida al dimensionamento dell'interruttore per caricabatterie EV.

RCD e RDC-DD: separare la funzione di protezione contro le scosse AC dal rilevamento DC

La norma IEC 60364-7-722 copre i circuiti destinati a fornire energia ai veicoli elettrici e i circuiti destinati a reimmettere energia dai veicoli. Per la ricarica in modo 3 AC, la soluzione per la corrente residua dipende fortemente da ciò che l'EVSE incorpora.

La norma IEC 62955 si applica ai dispositivi di rilevamento della corrente continua residua (RDC-DD) per stazioni di ricarica in modo 3 AC collegate in modo permanente entro l'ambito di tale norma. Un RDC-DD rileva la condizione di corrente residua DC continua rilevante e avvia la disconnessione attraverso la sua configurazione definita; esso non è di per sé l'RCD fornendo la funzione completa di protezione contro la corrente residua.

Una disposizione comunemente documentata orientata alla norma IEC per ogni punto di connessione AC è una delle seguenti:

un RCD di tipo B con la corrente differenziale nominale di intervento richiesta; oppure
un RCD di tipo A o di tipo F con un RDC-DD appropriato, quando consentito dalle norme adottate e supportato dalla documentazione del produttore dell'EVSE.

Non selezionare un RCBO di tipo A isolatamente finché non siano stati verificati il rilevamento di 6 mA DC integrato nell'EVSE e la relativa conformità. Al contrario, non specificare automaticamente un dispositivo di tipo B esterno se l'architettura certificata dell'EVSE e le norme locali supportano un'altra disposizione. La decisione completa spetta alla guida alla selezione dell'RCD per caricabatterie EV, mentre il perimetro di messa in servizio è trattato nella guida al test di protezione contro le dispersioni di 6 mA DC.

SPD: la protezione è basata sul rischio e coordinata in tutto il sistema elettrico

I caricabatterie commerciali contengono elettronica di potenza, controlli, comunicazioni e interfacce di rete che possono essere vulnerabili alle sovratensioni transitorie. Il tipo di SPD richiesto e il suo posizionamento dipendono dal sistema di protezione contro i fulmini dell'edificio, dalla disposizione dell'alimentazione, dalla valutazione del rischio, dalla normativa adottata, dalla protezione a monte, dalla lunghezza e dal percorso dei cavi, dai livelli di tenuta e dalle istruzioni del produttore del caricabatterie.

Un SPD all'origine potrebbe necessitare di coordinamento con un altro stadio vicino a un quadro di ricarica remoto o al caricabatterie. La decisione non può essere ridotta a una regola di distanza universale e la protezione del circuito di potenza non protegge automaticamente le interfacce Ethernet, di segnalazione o altre interfacce conduttive. Utilizzare la dedicata guida alla protezione contro le sovratensioni per caricabatterie EV per il tipo di SPD, il coordinamento, la protezione di backup, il percorso dei conduttori e il monitoraggio dello stato.

Contattore, sganciatore a lancio di corrente, sganciatore di minima tensione e gestione dell'energia: il controllo non è di per sé una protezione

I siti commerciali spesso necessitano di abilitazione/disabilitazione della ricarica, limitazione della domanda, arresto di emergenza, controllo remoto o interblocco. Un contattore o uno sganciatore può agire quando comandato dall'EVSE, dal sistema di gestione dell'energia, dalla strategia antincendio o dal relè di protezione. La sua categoria di utilizzo, la corrente nominale, la durata, l'alimentazione della bobina/controllo, lo stato in caso di guasto e il coordinamento devono corrispondere all'applicazione.

Questi componenti non sostituiscono intrinsecamente un dispositivo di protezione da sovracorrente, un RCD, un sezionatore o una funzione di sicurezza EVSE certificata. Trattare lo “sgancio remoto” come un risultato di controllo la cui origine, alimentazione, comportamento in caso di guasto, procedura di ripristino e verifica devono essere documentati.

Tre modelli di architettura per la ricarica di veicoli elettrici in ambito commerciale

Schema 1: Piccolo sito di ricarica AC a destinazione

Un negozio, un ufficio o una struttura ricettiva che aggiunge alcuni caricabatterie AC può utilizzare la capacità residua di un quadro di distribuzione esistente. Ogni punto di connessione necessita comunque della soluzione per sovracorrente e corrente residua richiesta dall'EVSE e dalle normative adottate. Un quadro locale dedicato può essere preferibile quando i percorsi dei cavi, la gestione del carico, la misurazione, l'isolamento, l'espansione o la selettività non possono essere gestiti in modo pulito nel quadro esistente.

Decisione tipica: dispositivo principale esistente → circuito di distribuzione di ricarica se necessario → MCB individuale più RCD o RCBO → EVSE che incorpora o è abbinato alla corretta soluzione per corrente residua DC.

Schema 2: Hub di ricarica AC più grande

Un parcheggio con molti connettori AC solitamente necessita di un quadro di ricarica dedicato, calcolo del carico diversificato, gestione dinamica del carico, segregazione dei circuiti in uscita, misurazione, comunicazioni e protezione coordinata. Un MCCB può fungere da dispositivo di ingresso del quadro o dispositivo di protezione secondario. I singoli punti di connessione dovrebbero essere disposti in modo che un guasto al caricabatterie non scolleghi inutilmente un ampio gruppo.

Decisione tipica: protezione di servizio/distribuzione principale → ingresso del quadro di ricarica dedicato → protezione coordinata di sbarre/uscita → protezione del singolo punto di connessione → EVSE. L'uso esatto di MCCB, MCB, RCBO, RCD e SPD segue i carichi calcolati.

Schema 3: Sito di ricarica rapida DC

I caricabatterie rapidi DC possono imporre carichi di elettronica di potenza molto più elevati e sono spesso forniti come apparecchiature integrate con protezione dell'ingresso AC definita dal produttore, stadi di conversione interni, protezione dell'uscita DC, monitoraggio dell'isolamento, funzioni di emergenza, raffreddamento e comunicazioni. L'installazione a monte deve essere progettata in base alle specifiche di ingresso del caricabatterie, al contributo al guasto e alla tenuta, alle armoniche, ai vincoli del trasformatore o del servizio e alle istruzioni certificate.

Decisione tipica: protezione dell'utenza/trasformatore e del quadro principale → protezione e isolamento dell'alimentazione del caricabatterie → architettura interna certificata dal produttore del caricabatterie. Un RCBO a monte non è un sostituto generico del sistema di protezione specificato per il caricabatterie.

Verifiche di coordinamento per prevenire scatti intempestivi e lacune di sicurezza

Potere di interruzione e corrente di guasto

Il valore nominale di cortocircuito applicabile del dispositivo di protezione deve essere adeguato al suo punto di installazione. Calcolare o verificare la corrente di guasto presunta invece di dedurla dalle dimensioni dell'edificio. Se viene utilizzata una combinazione in cascata o di backup, questa deve essere supportata dalle tabelle testate dai produttori per gli specifici dispositivi a monte e a valle.

Protezione da sovraccarico e portata dei conduttori

Coordinare l'impostazione/valore nominale del dispositivo con la corrente di progetto, la portata corretta del conduttore, i limiti dei morsetti, la caduta di tensione e le istruzioni EVSE. Negli Stati Uniti, l'Articolo 625 del NEC tratta i carichi di ricarica EV pertinenti come continui e utilizza regole di dimensionamento specifiche per la giurisdizione; non esportare la nota regola del 125% nei progetti IEC senza verificare il codice adottato.

Selettività e continuità di servizio

Esaminare le curve tempo-corrente, le soglie istantanee, il ritardo intenzionale, le funzioni di guasto a terra, il comportamento di limitazione della corrente e le tabelle di selettività del produttore. La selettività assoluta potrebbe non essere raggiungibile per ogni livello di guasto, ma il risultato scelto deve essere noto. Un guasto a valle del caricabatterie non dovrebbe scollegare l'intero hub se una soluzione di coordinamento supportata può isolarlo localmente.

Coordinamento della corrente residua

Caricatori elettronici multipli possono contribuire alla corrente di dispersione permanente e a componenti ad alta frequenza. Verificare i dati dell'EVSE, il tipo di RCD, la corrente residua nominale, il ritardo temporale ove consentito, il raggruppamento e il coordinamento a monte/a valle. Non aumentare mai i valori di sensibilità né aggiungere ritardi al solo scopo di eliminare gli scatti senza dimostrare la protezione contro le scosse elettriche e la conformità alle normative locali.

Coordinamento SPD

Verificare la tensione del sistema, il sistema di messa a terra, il tipo di SPD, la massima tensione continua di funzionamento, il livello di protezione dalla tensione, la corrente nominale/di scarica, la resistenza al cortocircuito, la protezione di backup richiesta, la lunghezza/instradamento dei conduttori e l'indicazione di stato. Coordinare gli stadi in cascata e proteggere i percorsi di comunicazione pertinenti laddove la valutazione del rischio lo richieda.

Neutro, armoniche e sezionamento quadripolare

I caricatori monofase distribuiti su un sistema trifase possono produrre corrente sul neutro e squilibri; le apparecchiature non lineari possono aggiungere problemi legati alle armoniche. Studiare l'allocazione delle fasi, il dimensionamento del neutro, le armoniche triplen, i requisiti di sezionamento quadripolare e le regole del sistema di messa a terra. Un'etichetta 3P+N o 4P non descrive di per sé quali poli siano protetti o come operi il neutro.

Esempio di architettura illustrativa

Si consideri un parcheggio commerciale che prevede dodici punti di ricarica AC trifase da 22 kW con gestione dinamica del carico. Il carico collegato aritmetico non è la corrente di progetto finale, e questo esempio è non un progetto esecutivo.

Il progettista registra la capacità del servizio/trasformatore, la domanda di picco esistente, il margine di espansione del sito, la disposizione della messa a terra, i dati di ingresso del caricabatterie e la normativa locale.
La strategia di gestione della ricarica stabilisce una domanda di ricarica massima applicabile per il sito. Le modalità di guasto sono definite in modo che un guasto alle comunicazioni non possa creare silenziosamente un sovraccarico.
La corrente di cortocircuito presunta viene calcolata nel quadro principale, nel quadro di ricarica dedicato e nei punti di ricarica remoti.
L'interruttore di ingresso del quadro dedicato viene selezionato come MCCB o altro dispositivo idoneo solo dopo aver determinato i requisiti per conduttori, sbarre, potere di interruzione, selettività e sezionamento.
Ogni punto di ricarica riceve una protezione individuale da sovracorrente sulla linea di alimentazione e una disposizione per la corrente residua accettata, in base al fatto che tale EVSE includa o meno un RDC-DD conforme.
I requisiti per gli SPD sono determinati dalla valutazione dei fulmini/alimentazione del sito, dagli stadi a monte esistenti, dai percorsi dei cavi e dalla resistenza dell'apparecchiatura, non solo dalla potenza del caricabatterie.
Il progetto viene verificato rispetto alle tabelle di coordinamento del produttore, ai calcoli dei cavi, ai limiti termici, alle istruzioni dell'EVSE, ai requisiti di ispezione locali e a un piano di messa in servizio documentato.

L'esempio omette deliberatamente le taglie nominali degli interruttori. Senza il limite di corrente effettivo, l'installazione dei cavi, i fattori ambientali/di raggruppamento, il livello di guasto, l'obiettivo di caduta di tensione e i requisiti del produttore, una taglia pubblicata rappresenterebbe una falsa precisione.

Lista di controllo per la progettazione e la messa in servizio

Palcoscenico	Evidenze da completare prima della messa in tensione
Base di progettazione	Schema unifilare, codici/standard ed edizioni, dati di alimentazione, sistema di messa a terra, metodo di calcolo del carico/contemporaneità e scenario di espansione
Calcoli	Domanda massima, dimensionamento/declassamento dei conduttori, caduta di tensione, corrente di cortocircuito, disconnessione, valutazione dell'arco elettrico ove richiesto e verifiche termiche
Selezione dei dispositivi	Codici d'ordine esatti, valori nominali/tarature, potere di interruzione, comportamento polo/neutro, soluzione RCD/RDC-DD, coordinamento SPD e istruzioni del produttore
Coordinamento	Tabelle di selettività o protezione di riserva a monte/a valle, studio delle tarature, discriminazione della corrente residua e revisione delle modalità di guasto
Quadro di distribuzione (Switchboard)	Assemblaggio nominale, sbarre collettrici e limiti di temperatura, idoneità all'ingresso/ambientale, separazione interna, accesso, etichette, misurazione e capacità di riserva
Sicurezza funzionale	Logica di emergenza e arresto remoto, stato di guasto della gestione del carico, comportamento del contattore/sganciatore, autorità di ripristino, perdita di comunicazione e interfaccia del sistema antincendio
Test	Continuità, isolamento, polarità/sequenza di fase, impostazioni dei dispositivi di protezione, test RCD/RDC-DD utilizzando procedure approvate, test di terra/anello ove applicabile, stato SPD e scatti funzionali
Consegna	Schema unifilare as-built, registro delle impostazioni, risultati dei test, manuali, fascicolo dei certificati, intervalli di manutenzione, elenco ricambi e responsabile del controllo modifiche

Solo personale qualificato dovrebbe progettare, installare, testare e mantenere i sistemi di ricarica EV commerciali. Isolare, bloccare, verificare l'assenza di tensione e seguire le procedure di sicurezza dei produttori del quadro elettrico e dell'EVSE; questa guida è un quadro architetturale, non un'approvazione ingegneristica specifica per il sito.

Selezione dei componenti di protezione VIOX

VIOX fornisce ACB, MCCB, RCBO, dispositivi a corrente residua, SPD, sezionatori e componenti di controllo per la distribuzione in bassa tensione. La selezione del prodotto dovrebbe iniziare solo dopo aver definito i compiti di protezione e gli input di progetto sopra indicati. Inviare il concetto unifilare, tensione/frequenza, tabella dei carichi, livelli di guasto calcolati, dati dei conduttori, impostazioni/funzioni richieste, strategia per la corrente residua, studio SPD, mercato di destinazione e requisiti di documentazione per una proposta a livello di modello.

Nessuna proposta del fornitore deve sostituire i calcoli del progettista, le istruzioni del produttore dell'EVSE, i dati di coordinamento dei dispositivi testati o l'approvazione dell'autorità competente.

Architettura di protezione per la ricarica di veicoli elettrici in ambito commerciale: ACB, MCCB, RCBO, RCD e SPD