Sạc xe điện tại khu dân cư và thương mại: Công suất, bảo vệ và cơ sở hạ tầng

Sạc điện dân dụng so với thương mại có không sự phân biệt tương tự như sạc AC so với DC. Hầu hết các hệ thống lắp đặt dân dụng đều sử dụng thiết bị cung cấp điện cho xe điện (EVSE) loại AC. Các địa điểm công cộng có thể sử dụng bộ sạc đích AC, bộ sạc DC công suất cao hoặc cả hai.

Thương mại và công cộng không phải là những từ đồng nghĩa chính xác. Một kho xe tư nhân có thể mang tính thương mại mà không cần quyền truy cập công cộng, trong khi một điểm sạc bên lề đường có thể được công chúng tiếp cận. Trong hướng dẫn này, các cột AC công cộng và DC công cộng đại diện cho các mô hình cơ sở hạ tầng đa người dùng thường gặp trong các dự án thương mại và dự án có thể tiếp cận công cộng; mô hình truy cập thực tế vẫn là một đầu vào thiết kế riêng biệt.

Trình tự thiết kế đúng là:

1. Xác định xem phương tiện nhận điện AC hay DC.
2. Phân loại địa điểm theo quyền truy cập, mục đích sử dụng, số lượng ổ cắm, tính khả dụng và nhu cầu mở rộng.
3. Xác minh công suất nguồn cấp, dòng sự cố dự kiến, hệ thống tiếp địa, các chức năng EVSE đã được chứng nhận, quy định lắp đặt tại địa phương và hướng dẫn của nhà sản xuất.

Nhãn tại công trình như ngôi nhà, nơi làm việc, hoặc công cộng không thay thế cho máy cắt điện, thiết bị dòng điện dư, thiết bị chống sét lan truyền, dây dẫn hoặc thiết bị ngắt kết nối.

Sạc AC tại khu dân cư so với sạc AC công cộng và sạc DC công cộng

Câu hỏi thiết kế	121: AC dân dụng	Sạc AC thương mại/công cộng	Sạc nhanh DC thương mại/công cộng
Công suất cấp cho xe	AC; bộ sạc trên xe chuyển đổi nó thành DC	AC; bộ sạc trên xe chuyển đổi nó thành DC	DC; quá trình chuyển đổi diễn ra trong thiết bị sạc ngoài xe
Bối cảnh điển hình	Đường lái xe riêng, nhà để xe, hoặc không gian dân cư được chỉ định	Nơi làm việc, khách sạn, cửa hàng bán lẻ, đội xe, bãi đỗ xe hoặc trạm sạc bên đường	Hành lang đường cao tốc, kho đội xe, trung tâm sạc hoặc địa điểm có lưu lượng xe quay vòng nhanh
Chế độ vận hành	Thường là một hộ gia đình với thời gian dừng đỗ có thể dự đoán được	Nhiều người dùng, thời gian hoạt động dài hơn và mức độ sử dụng thay đổi	Công suất cao, thời gian sạc ngắn hơn và thiết bị hoạt động với cường độ cao
Thách thức trong phân phối điện chính	Dịch vụ khả dụng và nhu cầu sử dụng điện tại nhà	Nhu cầu tổng hợp, số lượng ổ cắm, hệ số đồng thời, khả năng tiếp cận và mở rộng	Công suất lưới điện, nhiệm vụ của máy biến áp và thiết bị đóng cắt, tổn thất chuyển đổi, làm mát và thời gian hoạt động
Phạm vi bảo vệ	Mạch nhánh cuối cùng chuyên dụng cùng các chức năng EVSE đã được kiểm chứng	Bảo vệ tại mỗi điểm kết nối được phối hợp với hệ thống phân phối sạc	Bảo vệ AC phía nguồn được phối hợp với cấu trúc AC/DC nội bộ đã được chứng nhận của bộ sạc
Yêu cầu quản lý	Lập lịch hoặc quản lý năng lượng gia đình có thể là đủ	Có thể cần phân bổ động, cấp quyền, đo lường và giám sát từ xa	Chia sẻ công suất, kiểm soát nhu cầu, giám sát thời gian hoạt động và bảo trì theo kế hoạch là những yếu tố trọng tâm
Bộ hồ sơ chứng cứ	Tính toán tải, thiết kế mạch cuối, hướng dẫn EVSE, chứng nhận/niêm yết và phê duyệt tại địa phương	Khảo sát tải tại công trường, lịch trình ổ cắm, tài liệu EVSE, kế hoạch truyền thông và bảo trì	Khảo sát điện lưới, sơ đồ đơn tuyến, nghiên cứu sự cố và phối hợp, chứng nhận bộ sạc, vận hành thử và kế hoạch dịch vụ

Bảng này phân loại nhiệm vụ kỹ thuật; đây không phải là lịch trình lựa chọn thiết bị. Hai dự án trong cùng một cột có thể yêu cầu các loại dây dẫn, máy cắt điện, bảo vệ dòng điện dư, chống sét lan truyền và thiết bị phân phối khác nhau.

Tại sao chỉ riêng loại địa điểm không xác định được kiến trúc hệ thống điện

Bộ sạc tại nhà và điểm sạc AC công cộng có thể dùng chung một đường dẫn điện chính: địa điểm cung cấp AC và bộ sạc trên xe sẽ chuyển đổi thành DC cho pin. Tuy nhiên, nhiệm vụ về hạ tầng và cách sử dụng của chúng có thể khác biệt đáng kể.

Một điểm sạc AC công cộng có thể cần xác thực người dùng, đo đếm doanh thu, truyền thông mạng, thiết lập lại từ xa, phân bổ tải và quyền truy cập bảo trì có ghi chép. Một điểm sạc tại nhà đơn lẻ có thể không cần bất kỳ chức năng nào trong số đó, nhưng vẫn yêu cầu một mạch điện cuối được thiết kế đúng cách và chiến lược dòng điện dư tương thích với EVSE.

Sạc DC công cộng tạo ra một ranh giới thiết bị khác biệt. Bộ sạc thực hiện chuyển đổi bên ngoài xe và có thể chứa các mô-đun nguồn, hệ thống làm mát, đóng cắt, giám sát cách điện, điều khiển đầu ra và các chức năng bảo vệ DC trong cấu trúc đã được chứng nhận của nó. Người thiết kế địa điểm phải phối hợp hệ thống AC thượng nguồn với thiết bị đó thay vì chỉ mở rộng mạch điện của bộ sạc treo tường AC.

Đối với các dòng đầu nối, chế độ sạc và thuật ngữ cơ bản, hãy sử dụng Các loại bộ sạc xe điện hướng dẫn làm tài liệu tham khảo. Trang này tập trung vào so sánh hạ tầng, không phải phân loại đầu nối.

Sạc AC tại khu dân cư: Bắt đầu với công suất khả dụng

Trong một hệ thống lắp đặt AC dân dụng điển hình, EVSE cố định kiểm soát kết nối với xe trong khi bộ sạc trên xe chuyển đổi AC thành DC. EVSE thường được cấp nguồn từ một mạch điện cuối chuyên dụng trong tủ phân phối điện dân dụng.

Thiết kế bắt đầu từ nơi ở, không phải từ công suất danh định của bộ sạc. Hãy xác minh:

• công suất của dịch vụ và tủ phân phối điện;
• nhu cầu tối đa hiện tại và bất kỳ phương pháp kiểm soát nhu cầu đã được phê duyệt nào;
• dòng điện đầu vào tối đa của EVSE và các yêu cầu phía nguồn do nhà sản xuất quy định;
• khả năng mang dòng của dây dẫn, phương pháp lắp đặt, nhóm dây, điều kiện môi trường xung quanh, độ sụt áp và giới hạn đầu nối;
• dòng điện ngắn mạch dự kiến và khả năng cắt của thiết bị bảo vệ;
• cấu hình tiếp địa và các điều kiện ngắt sự cố;
• các chức năng bảo vệ tích hợp của EVSE và bất kỳ biện pháp bảo vệ bên ngoài nào theo các quy định được áp dụng;
• hoạt động và hành vi khi xảy ra lỗi của hệ thống quản lý tải tĩnh hoặc động.

Việc sạc theo lịch trình có thể chuyển nhu cầu sang thời điểm khác, nhưng chỉ riêng bộ hẹn giờ thì không chứng minh được khả năng cung cấp điện đầy đủ. Nếu hệ thống quản lý năng lượng kiểm soát dòng sạc, hãy ghi lại điểm đo, giới hạn có thể thực thi, hành vi phản hồi, trạng thái khi mất kết nối truyền thông và thử nghiệm vận hành của hệ thống đó.

Các tính toán chi tiết cho mạch 7 kW và 22 kW thuộc về Hướng dẫn định cỡ cầu dao cho mạch sạc xe điện. Không được sao chép kích thước máy cắt điện từ một hệ thống lắp đặt khác mà không kiểm tra nguồn cấp thực tế, dây dẫn, điều kiện môi trường, mức sự cố, hướng dẫn của EVSE và quy chuẩn địa phương.

Sạc AC công cộng: Thiết kế các mạch cuối và hệ thống tổng hợp

Sạc AC công cộng tại điểm đến vẫn giữ nguyên đường truyền điện AC-đến-bộ sạc trên xe, nhưng nhiệm vụ tại địa điểm lại khác biệt. Nhiều phương tiện có thể được kết nối đồng thời, thời gian vận hành dài hơn và một hệ thống phân phối có thể phục vụ nhiều điểm sạc.

Do đó, dự án có hai cấp độ thiết kế liên kết với nhau:

1. Điểm kết nối riêng lẻ: bảo vệ quá dòng mạch cuối, chiến lược dòng điện dư, chức năng cách ly và đóng cắt, tuyến cáp và các yêu cầu đối với EVSE.
2. Hệ thống phân phối sạc: công suất thanh cái và đường dây cấp nguồn, nhu cầu đa dạng, mức sự cố, tính chọn lọc, đo lường, truyền thông, tác động môi trường, bảo trì và mở rộng.

Quản lý tải có thể phân bổ công suất cố định của địa điểm cho các phương tiện được kết nối. Việc này không làm thay đổi định mức của mạch nhánh hoặc cho phép tình trạng quá tải không có tài liệu. Hãy xác định mức phân bổ tối đa cho địa điểm, mức phân bổ tối thiểu và tối đa cho bộ sạc, hành vi khi mất kết nối truyền thông, chế độ ghi đè thủ công và phương pháp được sử dụng để xác minh giới hạn trong quá trình vận hành thử.

Các trạm AC công cộng cũng cần có chiến lược xử lý khi xảy ra lỗi vận hành. Nếu mạng hoặc bộ điều khiển gặp sự cố, thông số kỹ thuật phải nêu rõ liệu quá trình sạc sẽ dừng lại, tiếp tục ở mức giới hạn an toàn đã được ghi nhận, hay chuyển sang trạng thái khác được nhà sản xuất phê duyệt.

Sạc DC công cộng: Phối hợp với kiến trúc bộ sạc đã được chứng nhận

Sạc nhanh DC chuyển đổi AC sang DC ra bên ngoài phương tiện. Một bộ sạc có thể kết hợp các chức năng chỉnh lưu, chuyển đổi công suất, điều khiển đầu ra DC, làm mát, giám sát, truyền thông và bảo vệ trong một tủ điện hoặc hệ thống nguồn dạng mô-đun.

Các đầu vào dự án điển hình bao gồm:

• dịch vụ tiện ích và công suất máy biến áp;
• các tính toán về dòng sự cố của bảng điện chính và đường dây cấp nguồn;
• định mức ngắn mạch của thiết bị đóng cắt và sự phối hợp đã được ghi nhận;
• dữ liệu về đầu vào tối đa, hệ số công suất, hiệu suất, sóng hài và dòng sự cố của bộ sạc;
• các giới hạn nhiệt của cáp và đường dây cấp nguồn;
• các yêu cầu làm mát cho mô-đun nguồn và cáp sạc;
• các ranh giới về kiểm soát khẩn cấp, cách ly và bảo trì do nhà sản xuất quy định;
• các quy trình vận hành thử, truy cập chẩn đoán, phụ tùng thay thế và hỗ trợ dịch vụ chuyên môn.

Nhà sản xuất bộ sạc xác định kiến trúc điều khiển và bảo vệ DC nội bộ đã được chứng nhận. Người thiết kế công trình chịu trách nhiệm về nguồn cung cấp AC phía thượng nguồn, thiết bị đóng cắt và bảo vệ bên ngoài, môi trường lắp đặt, và sự phối hợp theo yêu cầu của hướng dẫn thiết bị và các quy định tại địa phương.

Các dự án thương mại quy mô lớn nên tiếp tục với Kiến trúc bảo vệ trạm sạc EV thương mại hướng dẫn, trong đó vạch ra các nhiệm vụ của ACB, MCCB, MCB/RCBO, RCD/RDC-DD, SPD, cách ly và điều khiển trong toàn bộ hệ thống phân phối.

Cách thức thay đổi ranh giới bảo vệ

Việc bảo vệ cần được xác định theo chức năng và bằng chứng, thay vì giả định rằng mọi dự án nhà ở đều sử dụng một loại thiết bị và mọi dự án công cộng đều sử dụng loại khác.

Bảo vệ quá tải và ngắn mạch

Thiết bị bảo vệ phải phù hợp với dây dẫn, tải định mức, phương pháp lắp đặt, dòng sự cố dự kiến, khả năng phối hợp yêu cầu và hướng dẫn của EVSE. Chỉ riêng dòng thiết bị không xác định được sự phù hợp. Một dự án có thể sử dụng MCB hoặc RCBO trên mạch cuối; dự án khác có thể yêu cầu MCCB hoặc một cụm thiết bị khác do dòng điện, mức sự cố, khả năng điều chỉnh, tính chọn lọc hoặc cấu trúc phân phối.

Phát hiện dòng điện dư và dòng điện dư DC

Sạc AC có thể tạo ra các điều kiện dòng điện dư ảnh hưởng đến chiến lược bảo vệ. Thiết bị bên ngoài phụ thuộc một phần vào các chức năng bảo vệ được tích hợp trong EVSE.

IEC 62955:2018 bao gồm các thiết bị phát hiện dòng điện dư DC (RDC-DD) cho các trạm sạc AC Chế độ 3 được kết nối cố định trong phạm vi điện áp, dòng điện và tần số đã nêu. Điều này không quy định một loại RCD bên ngoài cho mọi hệ thống lắp đặt. Hãy kiểm tra tài liệu EVSE, hệ thống tiếp địa, các quy tắc lắp đặt được áp dụng và sự phối hợp giữa chức năng phát hiện DC tích hợp và bảo vệ dòng điện dư ở phía nguồn.

Sử dụng Hướng dẫn lựa chọn RCD cho bộ sạc EV để biết chi tiết về quyết định chọn loại Type A, Type F, Type B và RDC-DD. Nhân viên vận hành thử nghiệm nên tuân theo các quy trình đã được phê duyệt và hướng dẫn thiết bị chính xác thay vì suy diễn phương pháp kiểm tra từ cụm từ “6 mA DC”; xem phần riêng biệt Hướng dẫn xác minh RDC-DD.

Cách ly, đóng cắt và điều khiển khẩn cấp

Các phương tiện cần thiết để cách ly, đóng cắt chức năng và điều khiển khẩn cấp phụ thuộc vào kiến trúc, cấu tạo thiết bị, vị trí, loại hình sử dụng và các quy định được áp dụng tại địa phương. Từ ngữ công cộng không thiết lập một vị trí ngắt kết nối bên ngoài phổ quát.

Sơ đồ đơn tuyến cần xác định phương tiện nào thực hiện cách ly cho từng điểm kết nối, mạch nhánh, phân đoạn phân phối và mô-đun nguồn bộ sạc nếu có. Xác minh cấu hình cực, định mức AC hoặc DC, trạng thái có thể khóa, khả năng tiếp cận và phạm vi bảo trì do nhà sản xuất quy định.

Bảo vệ chống sét lan truyền

Bảo vệ chống sét lan truyền phụ thuộc vào cách bố trí nguồn cấp của hệ thống lắp đặt, bối cảnh chống sét, mức độ phơi nhiễm, khả năng chịu đựng của thiết bị, các tầng SPD phía trên, cách đi dây cáp và các quy định được áp dụng. Một bộ sạc không được chỉ định là SPD Loại 1 hoặc Loại 2 chỉ vì nó được sử dụng cho mục đích dân dụng hay công cộng.

Những Hướng dẫn bảo vệ chống sét lan truyền cho bộ sạc EV bao gồm loại SPD, vị trí lắp đặt, phối hợp bảo vệ, bảo vệ dự phòng, cách đi dây dẫn và giám sát trạng thái mà không dựa vào quy tắc khoảng cách cáp tùy ý.

Quản lý tải

Quản lý tải là một chức năng thiết kế, không chỉ đơn thuần là một tính năng phần mềm:

• AC dân dụng: giữ tổng nhu cầu của khu dân cư trong giới hạn dịch vụ được phê duyệt.
• AC công cộng: phân bổ công suất địa điểm giữa các điểm kết nối khác nhau trong khi vẫn duy trì các giới hạn mạch điện đã được ghi nhận.
• DC công cộng: điều phối các bộ sạc công suất cao, mô-đun nguồn, bộ lưu trữ và các tải lớn khác dựa trên các hạn chế của lưới điện hoặc máy biến áp.

Ghi lại điểm đo, thời gian phản hồi, giới hạn phân bổ, trạng thái khi mất kết nối truyền thông, chế độ ghi đè thủ công và bằng chứng vận hành thử nghiệm. Nêu rõ hệ thống chỉ được sử dụng để tối ưu hóa hay là một phần của phương pháp kiểm soát công suất đã được phê duyệt.

Bản đồ tiêu chuẩn và chấp thuận

Chứng nhận thiết bị không phê duyệt toàn bộ hệ thống lắp đặt. Các tiêu chuẩn áp dụng cho các cấp độ khác nhau của dự án.

Cấp độ dự án	Tham chiếu theo tiêu chuẩn IEC	Tham chiếu theo tiêu chuẩn Bắc Mỹ
Lắp đặt mạch cấp nguồn cho xe điện (EV)	IEC 60364-7-722:2018 cộng với các quy tắc đi dây được áp dụng tại quốc gia sở tại	Quy chuẩn điện được áp dụng, các quy định về sạc xe điện (EV) liên quan và các yêu cầu của cơ quan có thẩm quyền
EVSE dẫn điện thông dụng	IEC 61851-1:2017, bao gồm cả bản đính chính năm 2023 đã được công bố	UL 2594 cho EVSE trong phạm vi áp dụng của tiêu chuẩn này
Thiết bị sạc DC	Các phần IEC 61851 áp dụng cho thiết bị và hệ thống sạc	UL 2202
Hệ thống bảo vệ nhân sự	Các quy tắc lắp đặt cùng với các chức năng thiết bị đã được chứng nhận	Chuỗi tiêu chuẩn UL 2231 trong hệ thống EVSE áp dụng
Phát hiện dòng điện dư DC Chế độ 3	IEC 62955 trong phạm vi đã nêu	Xác minh hệ thống EVSE được liệt kê và các yêu cầu quy chuẩn được áp dụng

Tổng quan về cơ sở hạ tầng sạc xe điện của UL Solutions xác định các vai trò riêng biệt của UL 2594, UL 2202 và chuỗi tiêu chuẩn UL 2231. Các phiên bản áp dụng, sai lệch quốc gia, danh mục thiết bị hoặc chứng nhận, hướng dẫn lắp đặt và quy trình chấp thuận tại địa phương phải được xác nhận cho phạm vi thẩm quyền của dự án.

Danh mục kiểm tra thông số kỹ thuật dự án

Trước khi chọn máy cắt điện, RCD, thiết bị ngắt kết nối hoặc SPD, hãy thu thập thông tin này:

Nhóm đầu vào	Thông tin dự án bắt buộc
Đường dẫn nguồn	AC hoặc DC được cấp cho phương tiện; ranh giới chuyển đổi trên xe hoặc ngoài xe
Nhiệm vụ tại công trường	Nhà ở tư nhân, khu dân cư dùng chung, nơi làm việc, điểm đến công cộng, đội xe, trạm xe hoặc trung tâm sạc nhanh
Nguồn cấp	Điện áp, số pha, tần số, sơ đồ nối đất, công suất khả dụng và dòng điện sự cố dự kiến
EVSE	Dòng điện đầu vào tối đa, chế độ vận hành, bảo vệ tích hợp, dữ liệu ngắn mạch, chứng nhận/niêm yết và hướng dẫn của nhà sản xuất
Công năng sử dụng	Số lượng điểm kết nối, tính đồng thời dự kiến, thời gian dừng, mục tiêu khả dụng và kế hoạch mở rộng
Dây dẫn	Vật liệu, tuyến đường, phương pháp lắp đặt, khả năng mang dòng, nhóm, điều kiện môi trường, sụt áp và giới hạn đầu nối
Sự bảo vệ	Các yêu cầu về quá dòng, dòng điện dư, cách ly, xung điện, điều khiển khẩn cấp và phối hợp bảo vệ
Điều khiển	Phương pháp quản lý tải, điểm đo lường, giới hạn có hiệu lực, trạng thái mất kết nối và thử nghiệm vận hành
Môi trường	Mức độ tiếp xúc trong nhà/ngoài trời, nhiệt độ, nước, bụi, ăn mòn, va đập, khả năng tiếp cận và không gian bảo trì
Bằng chứng	Các quy tắc được áp dụng, quyết định của cơ quan có thẩm quyền, chứng chỉ, hướng dẫn, sơ đồ đơn tuyến, tính toán, cài đặt và hồ sơ thử nghiệm

Nếu các dữ liệu đầu vào này không đầy đủ, việc lựa chọn thiết bị bảo vệ chỉ dựa trên công suất bộ sạc hoặc loại địa điểm là quá sớm.

Chuẩn bị đề xuất bảo vệ

Đối với đề xuất VIOX cấp độ model, hãy cung cấp điện áp và số pha nguồn cấp, sơ đồ nối đất, dữ liệu đầu vào EVSE, lịch trình điểm kết nối, dòng sự cố dự kiến đã tính toán, thông tin dây dẫn, phương pháp quản lý tải, thị trường đích, khái niệm sơ đồ đơn tuyến và các tài liệu chứng nhận bắt buộc. Tùy thuộc vào các nhiệm vụ đã tính toán, dự án có thể được chuyển đến VIOX Công, MCCBs, RCBO, hoặc SPD.

Đề xuất của nhà cung cấp không thay thế cho các tính toán của nhà thiết kế dự án, hướng dẫn của nhà sản xuất EVSE, bằng chứng phối hợp thiết bị đã được thử nghiệm hoặc sự phê duyệt của cơ quan có thẩm quyền. Để được đánh giá có tài liệu, hãy liên hệ [email protected] với gói dữ liệu đầu vào của dự án nêu trên.

Nguồn kỹ thuật

• IEC 60364-7-722:2018 — Hệ thống điện hạ thế: nguồn cấp cho xe điện
• IEC 61851-1:2017 — Hệ thống sạc dẫn điện cho xe điện: yêu cầu chung
• IEC 61851-1:2017/COR1:2023 — Đính chính 1
• IEC 62955:2018 — RDC-DD cho sạc xe điện (EV) Mode 3
• UL Solutions — Dịch vụ hạ tầng sạc xe điện
• Trung tâm Dữ liệu Nhiên liệu Thay thế thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ — Sạc xe điện tại nhà
• Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ — Những điều cơ bản về sạc xe điện cắm sạc

Chỉ những nhân viên có chuyên môn mới được phép thiết kế, lắp đặt, kiểm tra và bảo trì các hệ thống điện sạc xe điện. Việc lựa chọn thiết bị cuối cùng và lắp đặt phải tuân thủ các quy định được áp dụng tại địa phương, yêu cầu của cơ quan chức năng, các tính toán dự án và hướng dẫn hiện hành của nhà sản xuất.