Ricarica EV residenziale vs commerciale: potenza, protezione e infrastruttura

La ricarica residenziale rispetto a quella commerciale è non la stessa distinzione della ricarica AC rispetto a quella DC. La maggior parte delle installazioni residenziali utilizza apparecchiature di alimentazione per veicoli elettrici (EVSE) AC. I siti pubblici possono utilizzare caricatori di destinazione AC, caricatori DC ad alta potenza o entrambi.

Commerciale e pubblico non sono sinonimi esatti. Un deposito di flotte private può essere commerciale senza accesso pubblico, mentre un punto di ricarica a bordo strada può essere accessibile al pubblico. In questa guida, le colonne AC pubblico e DC pubblico rappresentano i modelli di infrastruttura multi-utente comunemente riscontrati in progetti commerciali e accessibili al pubblico; il modello di accesso effettivo rimane un input di progettazione separato.

La corretta sequenza di progettazione è:

1. Identificare se il veicolo riceve AC o DC.
2. Classificare il sito in base ad accesso, utilizzo, numero di prese, disponibilità ed esigenze di espansione.
3. Verificare la capacità di alimentazione, la corrente di guasto presunta, la messa a terra, le funzioni certificate dell'EVSE, le norme di installazione locali e le istruzioni del produttore.

Un'etichetta di sito come casa, luogo di lavoro, o pubblico non seleziona l'interruttore automatico, il dispositivo a corrente residua, il dispositivo di protezione contro le sovratensioni, il conduttore o il sezionatore.

AC residenziale vs AC pubblica vs DC pubblica

Domanda di progettazione	CA residenziale	AC commerciale/pubblico	Ricarica rapida DC commerciale/pubblica
Potenza erogata al veicolo	AC; il caricabatterie di bordo la converte in DC	AC; il caricabatterie di bordo la converte in DC	DC; la conversione avviene nelle apparecchiature di ricarica esterne
Contesto tipico	Vialetto privato, garage o posto auto residenziale assegnato	Luogo di lavoro, hotel, vendita al dettaglio, flotta, parcheggio o ricarica su strada	Corridoio autostradale, deposito flotte, hub di ricarica o sito ad alta rotazione
Servizio di funzionamento	Solitamente un nucleo familiare con tempo di sosta prevedibile	Utenti multipli, orari di funzionamento più lunghi e occupazione variabile	Alta potenza, sessioni più brevi e servizio gravoso delle apparecchiature
Sfida della distribuzione principale	Servizio disponibile e domanda dell'abitazione	Domanda aggregata, numero di prese, contemporaneità, accesso ed espansione	Capacità dell'ente fornitore, carico del trasformatore e del quadro elettrico, perdite di conversione, raffreddamento e tempo di attività
Limite di protezione	Circuito finale dedicato più funzioni EVSE verificate	Protezione per punto di connessione coordinata con il sistema di distribuzione di ricarica	Protezione AC a monte coordinata con l'architettura AC/DC interna certificata del caricabatterie
Requisito di gestione	La programmazione o la gestione dell'energia domestica potrebbero essere sufficienti	Potrebbero essere richiesti l'allocazione dinamica, l'autorizzazione, la misurazione e il monitoraggio remoto	La condivisione della potenza, il controllo della domanda, il monitoraggio del tempo di attività e la manutenzione programmata sono fondamentali
Documentazione probatoria	Calcolo del carico, progettazione del circuito finale, istruzioni EVSE, certificazione/omologazione e approvazione locale	Studio del carico del sito, programma delle prese, documentazione EVSE, piani di comunicazione e manutenzione	Studio dell'ente fornitore, schema unifilare, studi di guasto e coordinamento, certificazione del caricabatterie, messa in servizio e piano di assistenza

Questa tabella classifica l'attività ingegneristica; non è un programma di selezione dei dispositivi. Due progetti nella stessa colonna possono richiedere conduttori, interruttori automatici, protezione contro la corrente residua, protezione contro le sovratensioni e apparecchiature di distribuzione differenti.

Perché il solo tipo di sito non definisce l'architettura del sistema elettrico

Un caricabatterie residenziale e un punto di ricarica pubblico AC possono condividere lo stesso percorso di alimentazione generale: il sito fornisce AC e il caricabatterie di bordo del veicolo la converte in DC per la batteria. Il loro utilizzo e i requisiti infrastrutturali possono tuttavia differire sostanzialmente.

Un sito pubblico AC può richiedere l'autorizzazione dell'utente, la contabilizzazione dei consumi, comunicazioni di rete, ripristini remoti, allocazione del carico e accesso documentato per la manutenzione. Un singolo punto di ricarica residenziale potrebbe non necessitare di nessuna di queste funzioni, tuttavia richiede comunque un circuito finale progettato correttamente e una strategia per la corrente residua compatibile con l'EVSE.

La ricarica pubblica DC crea un confine diverso per le apparecchiature. Il caricabatterie esegue la conversione esterna al veicolo e può contenere moduli di potenza, raffreddamento, commutazione, monitoraggio dell'isolamento, controlli di uscita e funzioni di protezione DC all'interno della sua costruzione certificata. Il progettista del sito deve coordinare il sistema AC a monte con tale apparecchiatura piuttosto che potenziare un circuito per wallbox AC.

Per le famiglie di connettori, le modalità di ricarica e la terminologia di base, utilizzare la Tipi di caricabatterie per veicoli elettrici guida come orientamento. La presente pagina tratta il confronto delle infrastrutture, non la tassonomia dei connettori.

Ricarica AC residenziale: partire dalla capacità disponibile

In una tipica installazione residenziale AC, l'EVSE fisso controlla la connessione del veicolo mentre il caricabatterie di bordo converte la AC in DC. L'EVSE è normalmente alimentato da un circuito finale dedicato nel quadro di distribuzione residenziale.

La progettazione inizia dall'abitazione, non dalla potenza nominale del caricabatterie. Verificare:

• la capacità del servizio e del quadro di distribuzione;
• domanda massima esistente ed eventuale metodo di controllo della domanda approvato;
• corrente di ingresso massima dell'EVSE e requisiti a monte specificati dal produttore;
• portata dei conduttori, metodo di installazione, raggruppamento, condizioni ambientali, caduta di tensione e limiti dei morsetti;
• corrente di cortocircuito presunta e potere di interruzione del dispositivo di protezione;
• sistema di messa a terra e condizioni di interruzione del guasto;
• funzioni di protezione integrate dell'EVSE ed eventuale protezione esterna richiesta dalle norme adottate;
• funzionamento e comportamento in caso di guasto della gestione del carico statica o dinamica.

La ricarica programmata può spostare la domanda in un altro momento, ma un timer da solo non dimostra una capacità di alimentazione adeguata. Se un sistema di gestione dell'energia controlla la corrente di ricarica, documentarne il punto di misura, il limite applicabile, il comportamento di risposta, lo stato in caso di perdita di comunicazione e il test di messa in servizio.

I calcoli dettagliati del circuito da 7 kW e 22 kW rientrano nel Guida al dimensionamento degli interruttori automatici per caricabatterie EV. Non copiare la taglia di un interruttore automatico da un altro impianto senza verificare l'alimentazione effettiva, il conduttore, le condizioni ambientali, il livello di guasto, le istruzioni dell'EVSE e le normative locali.

Ricarica AC pubblica: progettare i circuiti finali e il sistema aggregato

La ricarica pubblica AC a destinazione mantiene il percorso di potenza AC verso il caricabatterie di bordo, ma il suo servizio in loco è diverso. Diversi veicoli possono essere collegati simultaneamente, le ore di funzionamento sono più lunghe e un unico sistema elettrico può servire molti punti di ricarica.

Il progetto presenta quindi due livelli di progettazione collegati:

1. Punto di connessione individuale: protezione da sovracorrente del circuito finale, strategia per la corrente residua, funzioni di isolamento e sezionamento, percorso dei cavi e requisiti dell'EVSE.
2. Sistema di distribuzione della ricarica: capacità dell'alimentatore e della sbarra collettrice, domanda diversificata, livello di guasto, selettività, misurazione, comunicazioni, esposizione ambientale, manutenzione ed espansione.

La gestione del carico può ripartire una capacità fissa del sito tra i veicoli collegati. Non annulla le portate dei circuiti finali né consente una condizione di sovraccarico non documentata. Definire l'allocazione massima del sito, l'allocazione minima e massima del caricabatterie, il comportamento in caso di perdita di comunicazione, l'esclusione manuale e il metodo utilizzato per verificare il limite durante la messa in servizio.

I siti AC pubblici necessitano anche di una strategia per i guasti operativi. Se la rete o il controller si guastano, la specifica dovrebbe indicare se la ricarica si interrompe, prosegue a un limite di sicurezza documentato o entra in un altro stato approvato dal produttore.

Ricarica DC pubblica: coordinarsi con l'architettura del caricabatterie certificato

La ricarica rapida DC sposta la conversione da AC a DC all'esterno del veicolo. Un caricabatterie può combinare raddrizzamento, conversione di potenza, controllo dell'uscita DC, raffreddamento, monitoraggio, comunicazioni e funzioni di protezione in un armadio o in un sistema di alimentazione modulare.

Gli input tipici del progetto includono:

• capacità del servizio di rete e del trasformatore;
• calcoli della corrente di guasto del quadro principale e delle linee di alimentazione;
• valori nominali di cortocircuito del quadro elettrico e coordinamento documentato;
• dati su ingresso massimo, fattore di potenza, efficienza, armoniche e guasti del caricabatterie;
• limiti termici di alimentatori e cavi;
• requisiti di raffreddamento del modulo di potenza e del cavo di ricarica;
• limiti di controllo di emergenza, isolamento e manutenzione definiti dal produttore;
• procedure di messa in servizio, accesso diagnostico, ricambi e assistenza tecnica qualificata.

Il produttore del caricabatterie definisce l'architettura certificata di protezione e controllo DC interna. Il progettista del sito rimane responsabile dell'alimentazione AC a monte, della commutazione e protezione esterna, dell'ambiente di installazione e del coordinamento richiesto dalle istruzioni dell'apparecchiatura e dalle normative locali.

I grandi progetti commerciali dovrebbero proseguire con la Guida all'architettura di protezione per la ricarica di veicoli elettrici commerciali che mappa le funzioni di ACB, MCCB, MCB/RCBO, RCD/RDC-DD, SPD, isolamento e controllo lungo la gerarchia di distribuzione.

Come cambia il limite di protezione

La protezione dovrebbe essere specificata in base alla funzione e alle evidenze, non presupponendo che ogni progetto residenziale utilizzi un tipo di dispositivo e ogni progetto pubblico un altro.

Protezione da sovraccarico e cortocircuito

Il dispositivo di protezione deve essere idoneo per il conduttore, il carico dichiarato, il metodo di installazione, la corrente di guasto presunta, il coordinamento richiesto e le istruzioni dell'EVSE. La sola famiglia di dispositivi non stabilisce l'idoneità. Un progetto può utilizzare un MCB o un RCBO su un circuito finale; un altro potrebbe richiedere un MCCB o un assemblaggio diverso a causa della corrente, del livello di guasto, della regolabilità, della selettività o dell'architettura di distribuzione.

Rilevamento della corrente residua e della corrente residua DC

La ricarica in AC può produrre condizioni di corrente residua che influenzano la strategia di protezione. Il dispositivo esterno dipende in parte dalle funzioni di protezione incorporate nell'EVSE.

IEC 62955:2018 copre i dispositivi di rilevamento della corrente continua residua (RDC-DD) per stazioni di ricarica in AC in Modo 3 collegate in modo permanente entro il suo ambito dichiarato di tensione, corrente e frequenza. Ciò non prescrive un unico tipo di RCD esterno per ogni installazione. Verificare la documentazione dell'EVSE, il sistema di messa a terra, le regole di installazione adottate e il coordinamento tra il rilevamento DC incorporato e la protezione da corrente residua a monte.

Utilizzare Guida alla selezione dell'RCD per caricabatterie EV per la decisione dettagliata su Tipo A, Tipo F, Tipo B e RDC-DD. Il personale addetto alla messa in servizio dovrebbe seguire le procedure approvate e le istruzioni specifiche dell'apparecchiatura piuttosto che dedurre un metodo di prova dalle parole “6 mA DC”; vedere il separato Guida alla verifica RDC-DD.

Sezionamento, commutazione e comando di emergenza

I mezzi richiesti per il sezionamento, la commutazione funzionale e il comando di emergenza dipendono dall'architettura, dalla costruzione dell'apparecchiatura, dall'ubicazione, dalla categoria di utilizzo e dalle norme adottate localmente. Il termine pubblico non stabilisce una posizione universale per il sezionatore esterno.

Lo schema unifilare dovrebbe identificare quale mezzo isola ogni punto di connessione, linea di alimentazione, sezione di distribuzione e modulo di potenza del caricabatterie, ove applicabile. Verificare la configurazione dei poli, la classificazione AC o DC, lo stato di bloccabilità, l'accesso e i limiti di manutenzione definiti dal produttore.

Protezione contro le sovratensioni

La protezione contro le sovratensioni dipende dalla disposizione dell'alimentazione dell'impianto, dal contesto di protezione contro i fulmini, dall'esposizione, dalla tenuta dell'apparecchiatura, dagli stadi SPD a monte, dall'instradamento dei cavi e dalle norme adottate. A un caricabatterie non viene assegnato un SPD di Tipo 1 o Tipo 2 solo perché è residenziale o pubblico.

Il Guida alla protezione contro le sovratensioni per caricabatterie EV copre il tipo di SPD, il posizionamento, il coordinamento, la protezione di riserva, l'instradamento dei conduttori e il monitoraggio dello stato senza fare affidamento su una regola arbitraria relativa alla distanza dei cavi.

Gestione del carico

La gestione del carico è una funzione di progettazione, non semplicemente una funzionalità software:

• AC residenziale: mantenere la domanda totale dell'abitazione entro il limite di servizio approvato.
• AC pubblica: allocare la capacità del sito tra diversi punti di connessione preservando i limiti di circuito documentati.
• DC pubblica: coordinare caricabatterie ad alta potenza, moduli di potenza, accumulo e altri grandi carichi rispetto ai vincoli dell'ente erogatore o del trasformatore.

Documentare il punto di misura, il tempo di risposta, i limiti di allocazione, lo stato in caso di perdita di comunicazione, l'esclusione manuale e l'evidenza della messa in servizio. Dichiarare se il sistema è utilizzato solo per l'ottimizzazione o se costituisce parte del metodo approvato di controllo della capacità.

Mappa degli standard e dell'accettazione

Un certificato di apparecchiatura non approva l'installazione completa. Gli standard si applicano a diversi livelli del progetto.

Livello di progetto	Riferimento orientato alla IEC	Riferimento nordamericano
Installazione del circuito di alimentazione EV	IEC 60364-7-722:2018 più le norme di cablaggio adottate a livello nazionale	Codice elettrico adottato, disposizioni applicabili per la ricarica EV e requisiti dell'autorità competente
EVSE conduttivo generale	IEC 61851-1:2017, inclusa la rettifica pubblicata nel 2023	UL 2594 per EVSE nell'ambito di sua competenza
Apparecchiatura di ricarica DC	Parti della IEC 61851 applicabili all'apparecchiatura e al sistema di ricarica	UL 2202
Sistema di protezione del personale	Regole di installazione e funzioni dichiarate dell'apparecchiatura certificata	Serie UL 2231 all'interno del sistema EVSE applicabile
Rilevamento della corrente residua DC in Modo 3	IEC 62955 entro il suo ambito dichiarato	Verificare il sistema EVSE elencato e i requisiti normativi adottati

Panoramica dell'infrastruttura di ricarica EV di UL Solutions identifica i ruoli distinti di UL 2594, UL 2202 e della serie UL 2231. Le edizioni applicabili, le deviazioni nazionali, l'elenco o la certificazione dell'apparecchiatura, le istruzioni di installazione e il percorso di accettazione locale devono essere confermati per la giurisdizione del progetto.

Checklist delle specifiche di progetto

Prima di selezionare interruttori automatici, RCD, sezionatori o SPD, raccogliere queste informazioni:

Gruppo di ingresso	Informazioni di progetto richieste
Percorso di potenza	AC o DC fornita al veicolo; limite di conversione a bordo o fuori bordo
Servizio del sito	Residenza privata, residenziale condiviso, luogo di lavoro, destinazione pubblica, flotta, deposito o hub di ricarica rapida
Alimentazione	Tensione, fasi, frequenza, sistema di messa a terra, capacità disponibile e corrente di guasto presunta
EVSE	Corrente di ingresso massima, modalità operative, protezione integrata, dati di cortocircuito, certificazione/elenco e istruzioni del produttore
Utilizzo	Numero di punti di connessione, simultaneità prevista, tempo di sosta, obiettivo di disponibilità e piano di espansione
Conduttori	Materiale, percorso, metodo di installazione, portata, raggruppamento, condizioni ambientali, caduta di tensione e limiti dei morsetti
Protezione	Sovracorrente, corrente residua, isolamento, sovratensione, controllo di emergenza e requisiti di coordinamento
Controlli	Metodo di gestione del carico, punto di misura, limite applicabile, stato in caso di perdita di comunicazione e test di messa in servizio
Ambiente	Esposizione interna/esterna, temperatura, acqua, polvere, corrosione, impatto, accessibilità e spazio per la manutenzione
Evidenza	Norme adottate, decisioni dell'autorità, certificati, istruzioni, schema unifilare, calcoli, impostazioni e registri dei test

Se questi input sono incompleti, la selezione di un dispositivo di protezione basata esclusivamente sulla potenza del caricabatterie o sul tipo di sito è prematura.

Preparazione di una proposta di protezione

Per una proposta VIOX a livello di modello, fornire la tensione e le fasi di alimentazione, il sistema di messa a terra, i dati di ingresso dell'EVSE, il programma del punto di connessione, la corrente di guasto presunta calcolata, le informazioni sui conduttori, il metodo di gestione del carico, il mercato di destinazione, il concetto unifilare e i documenti di certificazione richiesti. A seconda dei carichi calcolati, il progetto potrebbe essere indirizzato a VIOX MCB, MCCB, Interruttori differenziali differenziali (RCBO), o DOCUP.

Una proposta del fornitore non sostituisce i calcoli del progettista, le istruzioni del produttore dell'EVSE, le prove di coordinamento testate dei dispositivi o l'approvazione da parte dell'autorità responsabile. Per una revisione documentata, contattare [email protected] con il pacchetto di input del progetto di cui sopra.

Fonti tecniche

• IEC 60364-7-722:2018 — Impianti elettrici a bassa tensione: alimentazione di veicoli elettrici
• IEC 61851-1:2017 — Sistema di ricarica conduttiva per veicoli elettrici: requisiti generali
• IEC 61851-1:2017/COR1:2023 — Corrigendum 1
• IEC 62955:2018 — RDC-DD per ricarica veicoli elettrici in Modo 3
• UL Solutions — Servizi per l'infrastruttura di ricarica di veicoli elettrici
• U.S. Department of Energy Alternative Fuels Data Center — Ricarica di veicoli elettrici a casa
• U.S. Environmental Protection Agency — Basi della ricarica di veicoli elettrici plug-in

Solo personale qualificato deve progettare, installare, testare e sottoporre a manutenzione i sistemi elettrici di ricarica per veicoli elettrici. La selezione finale dell'apparecchiatura e l'installazione devono seguire le norme adottate localmente, i requisiti delle autorità, i calcoli di progetto e le istruzioni correnti del produttore.