Зарядка электромобилей: жилой сектор против коммерческого — мощность, защита и инфраструктура

Различие между жилой и коммерческой зарядкой — это нет то же самое, что различие между зарядкой AC и DC. В большинстве жилых установок используется оборудование для питания электромобилей (EVSE) переменного тока (AC). На общественных площадках могут использоваться зарядные устройства AC для пунктов назначения, мощные зарядные устройства DC или и то, и другое.

Коммерческий и общественный — не совсем синонимы. Частный автопарк может быть коммерческим без доступа для публики, в то время как уличная зарядная станция может быть общедоступной. В данном руководстве столбцы «общественный AC» и «общественный DC» представляют собой модели инфраструктуры для нескольких пользователей, часто встречающиеся в коммерческих и общедоступных проектах; фактическая модель доступа остается отдельным проектным параметром.

Правильная последовательность проектирования:

1. Определите, получает ли транспортное средство AC или DC.
2. Классифицируйте объект по доступу, использованию, количеству розеток, доступности и потребностям в расширении.
3. Проверьте мощность источника питания, ожидаемый ток короткого замыкания, заземление, сертифицированные функции EVSE, местные правила монтажа и инструкции производителя.

Маркировка объекта, такая как дом, рабочее место, или общественный не определяет выбор автоматического выключателя, устройства защитного отключения, устройства защиты от перенапряжений, проводника или разъединителя.

Бытовая AC зарядка против общественной AC зарядки и общественной DC зарядки

Проектный вопрос	Бытовой переменный ток (AC)	Коммерческая/общественная зарядка переменным током (AC)	Коммерческая/общественная быстрая зарядка постоянным током (DC)
Мощность, подаваемая на транспортное средство	AC; бортовое зарядное устройство преобразует его в DC	AC; бортовое зарядное устройство преобразует его в DC	DC; преобразование происходит во внешнем зарядном оборудовании
Типичный контекст	Частный подъездной путь, гараж или выделенное жилое парковочное место	Зарядка на рабочем месте, у отеля, торгового центра, автопарка, на парковке или у обочины	Магистральный коридор, депо автопарка, зарядный хаб или площадка с высокой оборачиваемостью
Режим работы	Обычно одно домохозяйство с предсказуемым временем стоянки	Множество пользователей, более длительные часы работы и переменная загруженность	Высокая мощность, более короткие сеансы и требовательный режим работы оборудования
Основная задача распределения	Доступная мощность и потребность жилого помещения	Суммарная потребность, количество розеток, коэффициент одновременности, доступность и расширение	Мощность энергосистемы, нагрузка на трансформатор и распределительное устройство, потери при преобразовании, охлаждение и время безотказной работы
Граница защиты	Выделенная конечная цепь плюс проверенные функции EVSE	Защита каждой точки подключения, согласованная с системой распределения питания зарядных устройств	Защита AC выше по цепи, согласованная с сертифицированной внутренней архитектурой AC/DC зарядного устройства
Требование к управлению	Может быть достаточно планирования или управления энергопотреблением дома	Могут потребоваться динамическое распределение, авторизация, учет и удаленный мониторинг	Распределение мощности, управление нагрузкой, мониторинг времени безотказной работы и плановое техническое обслуживание являются ключевыми
Комплект подтверждающей документации	Расчет нагрузки, проектирование конечных цепей, инструкции к EVSE, сертификация/внесение в реестр и местное согласование	Исследование нагрузки на объекте, график розеток, документация на EVSE, планы связи и технического обслуживания	Исследование энергоснабжающей организации, однолинейная схема, расчеты токов короткого замыкания и селективности, сертификация зарядного устройства, ввод в эксплуатацию и план обслуживания

В этой таблице классифицируется инженерная задача; это не график выбора устройств. Два проекта в одном столбце могут требовать использования разных проводников, автоматических выключателей, устройств защиты от дифференциального тока, устройств защиты от перенапряжений и распределительного оборудования.

Почему тип объекта не является единственным определяющим фактором электрической архитектуры

Бытовое зарядное устройство и общественная точка зарядки AC могут использовать один и тот же общий путь питания: объект подает AC, а бортовое зарядное устройство автомобиля преобразует его в DC для аккумулятора. Тем не менее, их эксплуатационные и инфраструктурные требования могут существенно различаться.

Общественная площадка AC может требовать авторизации пользователя, учета электроэнергии, сетевой связи, дистанционного сброса, распределения нагрузки и документированного доступа для технического обслуживания. Одиночная бытовая точка зарядки может не требовать ни одной из этих функций, однако она все равно нуждается в правильно спроектированной конечной цепи и стратегии защиты от дифференциального тока, совместимой с EVSE.

Общественная зарядка DC создает иную границу оборудования. Зарядное устройство выполняет преобразование вне автомобиля и может содержать силовые модули, систему охлаждения, коммутацию, контроль изоляции, выходные элементы управления и функции защиты DC в рамках своей сертифицированной конструкции. Проектировщик объекта должен согласовать вышестоящую систему AC с этим оборудованием, а не просто масштабировать цепь настенного зарядного устройства AC.

Для семейств разъемов, режимов зарядки и базовой терминологии используйте Типы зарядных устройств для электромобилей руководство в качестве ориентира. На данной странице рассматривается сравнение инфраструктуры, а не классификация разъемов.

Бытовая AC зарядка: начните с доступной мощности

В типичной бытовой установке AC стационарное EVSE управляет подключением автомобиля, в то время как бортовое зарядное устройство преобразует AC в DC. EVSE обычно питается от выделенной конечной цепи в бытовом распределительном щите.

Проектирование начинается с жилого помещения, а не с номинальной мощности зарядного устройства. Проверьте:

• мощность вводного устройства и распределительного щита;
• существующая максимальная потребляемая мощность и любые утвержденные методы управления нагрузкой;
• максимальный входной ток EVSE и требования к вышестоящему оборудованию, указанные производителем;
• допустимая токовая нагрузка проводников, способ прокладки, группировка, условия окружающей среды, падение напряжения и предельные параметры клемм;
• ожидаемый ток короткого замыкания и отключающая способность защитного устройства;
• система заземления и условия отключения при повреждении;
• встроенные защитные функции EVSE и любая внешняя защита, требуемая принятыми нормами;
• принцип работы и поведение при отказе статического или динамического управления нагрузкой.

Зарядка по расписанию позволяет перенести нагрузку на другое время, однако одного таймера недостаточно для подтверждения достаточной пропускной способности системы питания. Если системой управления энергопотреблением регулируется зарядный ток, необходимо задокументировать точку измерения, допустимый предел, алгоритм реагирования, состояние при потере связи и результаты пусконаладочных испытаний.

Подробные расчеты цепей 7 kW и 22 kW должны быть приведены в Руководство по выбору автоматического выключателя для зарядного устройства электромобиля. Не копируйте номинал автоматического выключателя с другого объекта без проверки фактического источника питания, проводников, условий окружающей среды, уровня токов короткого замыкания, инструкций к EVSE и местных нормативных требований.

Общественная AC зарядка: проектирование конечных цепей и совокупной системы

Общественные пункты зарядки AC сохраняют путь прохождения мощности от AC к бортовому зарядному устройству, однако условия их эксплуатации отличаются. К системе может быть одновременно подключено несколько транспортных средств, время работы значительно больше, а одна электрическая система может обслуживать множество точек зарядки.

Таким образом, проект имеет два взаимосвязанных уровня проектирования:

1. Индивидуальная точка подключения: защита конечной цепи от сверхтоков, стратегия защиты от дифференциального тока, функции изоляции и коммутации, трасса кабеля и требования к EVSE.
2. Система распределения питания для зарядки: пропускная способность фидера и шинопровода, коэффициент одновременности, уровень токов короткого замыкания, селективность, учет электроэнергии, связь, воздействие окружающей среды, техническое обслуживание и расширение.

Управление нагрузкой может распределять фиксированную мощность объекта между подключенными транспортными средствами. Это не отменяет номинальные параметры конечных цепей и не допускает незадокументированных условий перегрузки. Определите максимальное распределение мощности на объекте, минимальное и максимальное распределение мощности на зарядное устройство, поведение при потере связи, ручное управление и метод, используемый для проверки ограничения во время ввода в эксплуатацию.

Общественные AC зарядные станции также нуждаются в стратегии действий при эксплуатационных сбоях. В случае отказа сети или контроллера в спецификации должно быть указано, прекращается ли зарядка, продолжается ли она на задокументированном безопасном уровне или переходит в другое состояние, одобренное производителем.

Общественная DC зарядка: координация с сертифицированной архитектурой зарядного устройства

DC быстрая зарядка переносит преобразование AC в DC за пределы транспортного средства. Зарядное устройство может объединять выпрямление, преобразование мощности, управление выходом DC, охлаждение, мониторинг, связь и защитные функции в одном шкафу или модульной системе питания.

Типовые исходные данные проекта включают:

• мощность электроснабжения и трансформатора;
• расчеты токов короткого замыкания для главного распределительного щита и фидеров;
• номиналы токов короткого замыкания распределительного устройства и задокументированную координацию защиты.;
• максимальные входные параметры зарядного устройства, коэффициент мощности, КПД, гармоники и данные о неисправностях;
• тепловые пределы питающих линий и кабелей;
• требования к охлаждению силового модуля и зарядного кабеля;
• определенные производителем границы аварийного управления, изоляции и технического обслуживания;
• процедуры ввода в эксплуатацию, доступ к диагностике, запасные части и квалифицированная сервисная поддержка.

Производитель зарядного устройства определяет сертифицированную внутреннюю архитектуру защиты и управления DC. Проектировщик объекта несет ответственность за вышестоящую систему питания AC, внешнюю коммутацию и защиту, условия установки, а также координацию, требуемую инструкциями к оборудованию и местными нормами.

Для крупных коммерческих проектов следует продолжить работу с Архитектура защиты коммерческих зарядных станций для электромобилей руководство, которое распределяет функции ACB, MCCB, MCB/RCBO, RCD/RDC-DD, SPD, изоляции и управления по иерархии распределения электроэнергии.

Как меняется граница защиты

Защита должна определяться исходя из функционального назначения и обоснованных данных, а не из предположения, что в каждом жилом проекте используется один тип устройства, а в каждом общественном — другой.

Защита от сверхтока и короткого замыкания

Защитное устройство должно соответствовать проводнику, заявленной нагрузке, способу монтажа, ожидаемому току повреждения, требуемой селективности и инструкциям к EVSE. Само по себе семейство устройств не гарантирует пригодность. В одном проекте на конечной цепи может использоваться MCB или RCBO; в другом может потребоваться MCCB или иная сборка из-за величины тока, уровня тока короткого замыкания, возможности регулировки, селективности или архитектуры распределительной сети.

Обнаружение дифференциального тока и дифференциального тока DC

Зарядка переменным током (AC) может приводить к возникновению дифференциальных токов, влияющих на стратегию защиты. Выбор внешнего устройства частично зависит от защитных функций, встроенных в EVSE.

IEC 62955:2018 охватывает устройства обнаружения дифференциального постоянного тока (RDC-DD) для стационарно подключенных зарядных станций режима Mode 3 переменного тока (AC) в пределах указанного диапазона напряжения, тока и частоты. Это не предписывает использование одного типа внешнего RCD для каждой установки. Проверьте документацию EVSE, систему заземления, принятые правила монтажа и координацию между встроенным обнаружением постоянного тока и вышестоящей защитой от дифференциального тока.

Используйте Руководство по выбору RCD для зарядных устройств электромобилей для принятия подробного решения по типам Type A, Type F, Type B и RDC-DD. Персонал, выполняющий пусконаладочные работы, должен следовать утвержденным процедурам и точным инструкциям к оборудованию, а не делать выводы о методе испытаний на основе фразы “6 mA DC”; см. отдельное руководство по проверке RDC-DD.

Изоляция, коммутация и аварийное управление

Необходимые средства изоляции, функциональной коммутации и аварийного управления зависят от архитектуры, конструкции оборудования, места установки, категории применения и местных нормативных требований. Слово общественный не устанавливает универсальное местоположение внешнего разъединителя.

На однолинейной схеме должно быть указано, какое средство изолирует каждую точку подключения, фидер, распределительную секцию и силовой модуль зарядного устройства, где это применимо. Проверьте конфигурацию полюсов, номинальные параметры AC или DC, возможность блокировки, доступ и границы технического обслуживания, определенные производителем.

Защита от перенапряжения

Защита от перенапряжений зависит от схемы электроснабжения установки, условий молниезащиты, воздействия, устойчивости оборудования, вышестоящих ступеней SPD, прокладки кабелей и принятых правил. Зарядному устройству не присваивается тип SPD Type 1 или Type 2 только на основании того, что оно является бытовым или общественным.

Сайт Руководство по защите от перенапряжений для зарядных устройств электромобилей охватывает тип SPD, размещение, координацию, резервную защиту, прокладку проводников и мониторинг состояния без опоры на произвольное правило длины кабеля.

Управление нагрузкой

Управление нагрузкой — это проектная функция, а не просто программная возможность:

• Жилые AC: поддерживать общую потребляемую мощность жилого помещения в пределах разрешенного лимита электроснабжения.
• Общественные AC: распределять мощность объекта между несколькими точками подключения при соблюдении документально подтвержденных ограничений цепей.
• Общественные DC: координировать работу мощных зарядных устройств, силовых модулей, накопителей энергии и других крупных нагрузок с учетом ограничений энергосети или трансформатора.

Задокументируйте точку измерения, время отклика, пределы распределения, состояние при потере связи, ручное управление и подтверждение ввода в эксплуатацию. Укажите, используется ли система только для оптимизации или является частью утвержденного метода управления мощностью.

Стандарты и карта приемки

Сертификат на оборудование не является одобрением всей установки в целом. Стандарты применяются к различным уровням проекта.

Уровень проекта	Ссылка на стандарты IEC	Ссылка на североамериканские стандарты
Монтаж цепи питания электромобилей	IEC 60364-7-722:2018 плюс национальные правила устройства электроустановок	Принятые правила устройства электроустановок, применимые положения по зарядке электромобилей и требования органов государственного надзора
Общее кондуктивное оборудование для зарядки электромобилей (EVSE)	IEC 61851-1:2017, включая опубликованную поправку 2023 года	UL 2594 для EVSE в пределах области его применения
Оборудование для зарядки постоянным током (DC)	Применимые части стандарта IEC 61851 для данного оборудования и системы зарядки	UL 2202
Система защиты персонала	Правила монтажа и заявленные сертифицированные функции оборудования	Серия стандартов UL 2231 в рамках применимой системы EVSE
Обнаружение дифференциального тока DC в режиме Mode 3	IEC 62955 в пределах указанной области применения	Проверьте указанную систему EVSE и принятые нормативные требования

Обзор инфраструктуры зарядки электромобилей от UL Solutions определяет различные роли стандартов UL 2594, UL 2202 и серии UL 2231. Для юрисдикции проекта необходимо подтвердить применимые редакции, национальные отклонения, листинг или сертификацию оборудования, инструкции по монтажу и порядок местного согласования.

Контрольный список спецификации проекта

Перед выбором автоматических выключателей, RCD, разъединителей или SPD соберите следующую информацию:

Входная группа	Необходимая проектная информация
Силовой контур	AC или DC, подаваемый на транспортное средство; граница преобразования на борту или вне борта
Назначение объекта	Частное домовладение, коллективное жилье, рабочее место, общественное место, автопарк, депо или хаб быстрой зарядки
Питание	Напряжение, фазы, частота, система заземления, доступная мощность и ожидаемый ток короткого замыкания
EVSE	Максимальный входной ток, режимы работы, встроенная защита, данные о коротком замыкании, сертификация/регистрация и инструкции производителя
Категория применения	Количество точек подключения, ожидаемая одновременность, время выдержки, целевой показатель доступности и план расширения
Проводники	Материал, трасса, способ прокладки, допустимая токовая нагрузка, группировка, условия окружающей среды, падение напряжения и предельные параметры клемм
Защита	Требования к защите от сверхтока, дифференциального тока, изоляции, перенапряжения, аварийному управлению и координации
Средства управления	Метод управления нагрузкой, точка измерения, допустимый предел, состояние при потере связи и приемо-сдаточные испытания
Окружающая среда	Воздействие внутри/вне помещений, температура, вода, пыль, коррозия, ударные нагрузки, доступность и пространство для технического обслуживания
Доказательства	Принятые правила, решения уполномоченных органов, сертификаты, инструкции, однолинейная схема, расчеты, уставки и протоколы испытаний

Если эти исходные данные неполны, выбор защитного устройства только на основе мощности зарядного устройства или типа объекта является преждевременным.

Подготовка предложения по защите

Для подготовки предложения VIOX на уровне модели предоставьте данные о напряжении и фазах питания, системе заземления, входных параметрах EVSE, графике точек подключения, расчетном ожидаемом токе короткого замыкания, характеристиках проводников, методе управления нагрузкой, целевом рынке, концепции однолинейной схемы и требуемых сертификационных документах. В зависимости от расчетных нагрузок проект может быть направлен в VIOX MCBs, MCCBs, АВДТ, или СПД.

Предложение поставщика не заменяет расчеты проектировщика, инструкции производителя EVSE, подтвержденные данные о координации устройств или одобрение ответственным органом. Для проведения документальной проверки свяжитесь [email protected] с вышеуказанным пакетом проектной документации.

Технические источники

• IEC 60364-7-722:2018 — Низковольтные электрические установки: питание электромобилей
• IEC 61851-1:2017 — Система кондуктивной зарядки электромобилей: общие требования
• IEC 61851-1:2017/COR1:2023 — Поправка 1
• IEC 62955:2018 — RDC-DD для зарядки электромобилей в режиме Mode 3
• UL Solutions — Услуги по инфраструктуре зарядки электромобилей
• Центр данных по альтернативным видам топлива Министерства энергетики США — Зарядка электромобилей в домашних условиях
• Агентство по охране окружающей среды США — Основы зарядки подключаемых электромобилей

Только квалифицированный персонал должен заниматься проектированием, монтажом, испытаниями и техническим обслуживанием электрических систем зарядки электромобилей. Окончательный выбор оборудования и его монтаж должны выполняться в соответствии с принятыми местными нормами, требованиями органов власти, проектными расчетами и актуальными инструкциями производителя.