راهنمای اولیه طراحی نصب شارژر خودروی الکتریکی

شارژ خودروهای برقی در حال دگرگون سازی سیستمهای الکتریکی ولتاژ پایین است و با چالشهای ویژهای همراه شده است. ایمنی و امنیت در فرآیند نصب شارژرهای خودروهای الکتریکی، نقشی حیاتی ایفا میکنند. در این مقاله از مجله خانههای هوشمند، به مرور راهنمای اولیه برای طراحی و نصب شارژر خودروهای برقی میپردازیم که استانداردهای بینالمللی مانند IEC 60364-7-722 (مربوط به نصب سیستمهای الکتریکی ولتاژ پایین) به عنوان پایه اصلی در آن استفاده میشوند.

راه‌حل در مطابقت با استاندارها

استاندارد IEC 60364-7-722 به عنوان یک سند الزام آور بین المللی، چارچوبی دقیق برای طراحی و نصب سیستمهای شارژ خودروهای برقی (EV) ارائه میکند. این استاندارد نه تنها ایمنی و عملکرد سیستم را تضمین میکند، بلکه با پوشش فناوریهای نوظهور مانند انتقال بیسیم انرژی (WPT) و قابلیت بازخورد انرژی به شبکه، نیازهای آینده را نیز مد نظر قرار داده است. در ادامه، جزئیات کلیدی این استاندارد و الزامات مرتبط با تجهیزات شارژ بررسی میشود:

الزامات کلی استاندارد IEC 60364-7-722

حوزه کاربری:
این استاندارد شامل مدارهای تأمین انرژی برای خودروهای برقی و مدارهای بازخورد انرژی از خودرو به شبکه است. این مدارها تا نقطه اتصال (Connecting Point) تعریف میشوند.

• تغییرات فنی کلیدی در نسخه ۲۰۱۸:

  • افزودن الزامات برای سیستم های انتقال بیسیم انرژی (WPT) مبتنی بر استانداردهای IEC 61980.

  • امکان استفاده از پانتوگراف در مکانهای عمومی با رعایت شرایط ایمنی خاص.

  • پوشش سناریوهایی که خودروی برقی به عنوان منبع انرژی موازی با سایر منابع عمل میکند.

الزامات تجهیزات شارژ بر اساس استانداردهای IEC

ایستگاههای شارژ (حالت ۳ و ۴):

ایستگاههای شارژ حالت ۳ و ۴ باید مطابق با سری استاندارد IEC 61851 طراحی شوند. این استانداردها روش های شارژ رسانا (Conductive Charging) و حالت های مختلف شارژ (مانند شارژ AC و DC) را تعریف میکنند.

دستگاههای محافظ نشت جریان (RCD):

• RCDهای معمولی: باید با استانداردهای IEC 61008-1، IEC 61009-1، IEC 60947-2 یا IEC 62423 مطابقت داشته باشند.

• RDC-DD (کلید محافظ جان جریان مستقیم):

  • وظیفه: شناسایی نشت جریان DC در سیستم AC و قطع اتصال در صورت خطر.

  • الزامات: مطابقت با IEC 62955 برای اطمینان از عملکرد ایمن در سیستمهای شارژ ترکیبی AC/DC.

محافظت در برابر اضافه جریان:

• تجهیزاتی مانند فیوزها و کلیدهای مدار باید مطابق با IEC 60947-2، IEC 60947-6-2، IEC 61009-1، IEC 60898 یا IEC 60269 انتخاب شوند.

الزامات ایمنی پیشرفته

• حفاظت در برابر اضافه ولتاژ:

  • برای نقاط اتصال عمومی، نصب دستگاههای حفاظت از اضافه ولتاژ (SPD) مطابق با IEC 60364-4-44 (بند ۴۴۳) و IEC 60364-5-53 (بند ۵۳۴) الزامی است.

• سیستم های انتقال بیسیم انرژی (WPT):

  • فناوریهای مجاز شامل انتقال القایی (MF-WPT)، خازنی (EF-WPT) و مایکروویو (MW-WPT) هستند که هرکدام نیازمند رعایت بخشهای خاصی از استاندارد IEC 61980 میباشند.

اهمیت هماهنگی با استانداردهای ملی و بین المللی

• در برخی کشورها مانند آلمان، استاندارد VDE-AR-N 4100 به عنوان مکمل IEC 60364-7-722 برای اتصال ایستگاه های شارژ به شبکه ولتاژ پایین الزامی است.

• استانداردهای جانبی مانند IEC 61851-23-13 (برای سیستمهای اتصال خودکار) و IEC 60364-8-2 (برای بازخورد انرژی به شبکه) نیز باید در طراحی مد نظر قرار گیرند.

کنار هم گذاشتن درست قطعات پازل

چه یک پریز ساده چه یک کانکتور خودرو، باید با استانداردهایی مانند IEC 60309-1، IEC 62196-1، IEC 60309-2، IEC 62196-2، IEC 62196-3 یا IEC TS 62196-4 تطابق داشته باشد. استانداردهای ملی هم قابل قبول هستند، اما در صورتی که جریان مصرفی از ۱۶ آمپر تجاوز نکند.

تاثیر شارژر بر اندازه و میزان تقاضای برق

IEC 60364-7-722.311 تأکید دارد که هر نقطه اتصال با جریان شارژ مصرفی یا حداکثر جریان شارژ پیکربندی شده خود استفاده شود. تغییرات در پیکربندی تنها باید توسط افراد ماهر با استفاده از ابزارهای خاص انجام شود.

در اندازه‌گیری مدارها، حداکثر جریان شارژ در نظر گرفته می‌شود، مگر اینکه سیستم توسط افراد غیرماهر پیکربندی شود. چون تمام نقاط اتصال ممکن است به طور همزمان استفاده شوند، ضریب بار معمولاً ۱ است، مگر اینکه یک سیستم مدیریت بار (LMS) در کنترل شارژرهای EV وجود داشته باشد.

چرا انتخاب کردن سیستم مدیریت بار (LMS) مهم است؟

نصب یک سیستم مدیریت بار (LMS) عامل تغییرات بزرگ و مثبتی است. این اقدام از افزایش مصرف جلوگیری می‌کند، هزینه‌های زیرساخت برق را بهینه‌سازی می‌کند و هزینه‌های عملیاتی را با جلوگیری از مصرف برق در زمان اوج تقاضای برق کاهش می‌دهد.

بهینه سازی ترتیب حامل های الکتریسیته برای نصب شارژر EV

شارژ خودروهای الکتریکی (EV) نیازمند یک رویکرد استراتژیک در ترتیب رساناها و سیستم ارتینگ است. رعایت دستورالعمل‌ها، همانند موارد مشخص شده در IEC 60364-7-722، برای اطمینان از انتقال انرژی بدون مشکل و رعایت استانداردهای ایمنی امری حیاتی است.

اختصاص مدار جدا برای انتقال بهینه انرژی

IEC 60364-7-722 اختصاص یک مدار برای انتقال بهینه انرژی به و از خودروهای الکتریکی را اجباری می‌کند. به ویژه در یک سیستم ارتینگ TN، مدارهای تامین نقاط وصل به یک رسانه PEN نباید شامل شوند.

طراحی سیستم‌های ارتینگ بر اساس مشخصات خودرو

درک محدودیت‌های خودروها در ارتباط با سیستم‌های ارتینگ خاص ضروری است. به عنوان مثال، برخی از خودروهای الکتریکی ممکن است در سیستم‌های اتصال زمین IT (مانند خودروی رنو زو) محدودیت اتصال داشته باشند.

قوانین و نیازمندی‌های مربوط به شبکه برق

مقررات در کشورهای مختلف ممکن است نیازهای اضافی مرتبط با سیستم‌های اتصال زمین و مانیتورینگ پیوستگی PEN معرفی کند. به عنوان مثال، شبکه TNC-TN-S (PME) در انگلیس نیازمند رعایت BS 7671 است، که در صورت خطا در PEN با انجام تدابیر لازم از بروز حادثه جلوگیری می‌کند.

محافظت در برابر شوک‌های الکتریکی در شارژ خودروهای الکتریکی

عملیات شارژ خودروهای الکتریکی خطرات بالقوه برای شوک الکتریکی را معرفی می‌کند. بررسی این خطرات از اهمیت بسیاری برخوردار است، همانطور که در IEC 60364-7-722 بیان شده است.

شناسایی خطرات احتمالی

کاربردهای شارژ خودروهای برقی به دلیل مسائلی مانند عدم اتصال پریز، آسیب کابل، دسترسی به قطعات فعال شارژر در خودرو و قرار گرفتن در معرض محیط های مرطوب، خطر برق گرفتگی را افزایش می دهد.

اقدامات حفاظتی اجباری

استاندارد IEC 60364-7-722 استفاده از یک کلید محافظ جان (RCD) با جریان نامی ۳۰ میلی‌آمپر را الزامی می‌کند. با این حال، اقدامات حفاظتی دیگری مانند «قرار دادن خارج از دسترس» و اقدامات ویژه مجاز نیستند.

تضمین حفاظت با کلیدهای محافظ جان

برای جلوگیری از شوک الکتریکی، هر نقطه اتصال AC باید به طور جداگانه توسط یک RCD با جریان نامی ۳۰ میلی آمپر یا کمتر محافظت شود. گزینه های ترجیح شامل RCD نوع B یا RCD نوع A/F + RDC-DD 6mA است، با در نظر گرفتن دقیق تأثیر آنها بر تاسیسات الکتریکی.

بررسی چالش های نشت جریان DC در شارژ خودروهای الکتریکی

شارژرهای خودروهای الکتریکی ممکن است جریان های نشتی DC ایجاد کنند که برای RCD‌های نصب شده چالش ایجاد می‌کند.

تأثیر بر سایر RCD ها

جریان‌های نشتی DC ممکن است بر سایر RCD‌های موجود در تاسیسات تأثیر بگذارد. این امر عملکرد صحیح RCD در صورت بروز خطاهای محافظ جان یا AC را به خطر می‌اندازد.

به حداکثر رساندن عملکرد صحیح

توصیه ها برای به حداقل رساندن تأثیر شامل اتصال مدارهای شارژ EV در بخش‌های بالاتر معماری الکتریکی، در نظر گرفتن سیستم‌های TN و انتخاب انواع مناسب RCD است. RCD‌های Acti9 300mA نوع A اشنایدر الکتریک به عنوان نمونه‌ای از RCD‌هایی معرفی شده‌اند که برای تحمل جریان‌های DC بدون تأثیر بر عملکرد حفاظت AC طراحی شده‌اند.

درک چگونگی چیدمان هادی‌ها، سیستم های اتصال به زمین و اقدامات حفاظتی برای شارژ ایمن و کارآمد خودروهای برقی ضروری است. رعایت استانداردها، برنامه ریزی استراتژیک و انتخاب تجهیزات حفاظتی مناسب به ایجاد زیرساخت شارژ ایمن کمک می کند.

مثال‌هایی از دیاگرام‌های صحیح براساس استاندارد IEC

درک و اجرای نمودارهای الکتریکی مطابق با استانداردها برای عملکرد ایمن و کارآمد ایستگاه‌های شارژ خودروهای الکتریکی (EV) ضروری است. در زیر دو نمونه گویا مطابق با استانداردهای IEC 60364-7-722 آمده است.

مدار اختصاصی با حفاظت اضافه بار ۴۰ آمپر

توضیحات:

• یک مدار اختصاصی برای شارژ EV.
• کلید مینیاتوری (MCB) ۴۰ آمپری حفاظت اضافه بار را فراهم می‌کند.
• حفاظت در برابر شوک الکتریکی توسط یک RCD 30 میلی‌آمپر نوع B تضمین می‌شود.
• به عنوان یک گزینه، می‌توان از RCD 30 میلی‌آمپر نوع A/F + RDC-DD 6 میلی‌آمپر برای افزایش ایمنی استفاده کرد.
• RCD بالادستی یک RCD نوع A است که توسط اشنایدر الکتریک طراحی شده است تا خطرات ناشی از جریان نشتی عبوری از RCD نوع B را از بین ببرد.
• برای ایمنی بیشتر، استفاده از یک دستگاه محافظ در برابر نوسان (SPD) توصیه می‌شود.

مدارهای اختصاصی مجزا برای هر نقطه اتصال

توضیحات:

• هر نقطه اتصال دارای مدار اختصاصی خود است که عملکرد مطلوب را تضمین می کند.
• حفاظت در برابر شوک الکتریکی توسط RCD های نوع B ۳۰ میلی آمپری جداگانه برای هر نقطه اتصال ارائه می شود.
• مشابه مثال اول، می توان از یک RCD ۳۰ میلی آمپری نوع A/F + RDC-DD 6mA به عنوان جایگزینی برای افزایش ایمنی استفاده کرد.
• حفاظت اضافه ولتاژ و RCD های نوع B ممکن است مستقیماً در ایستگاه شارژ نصب شوند.
• در این پیکربندی، ایستگاه شارژ را می توان از تابلوی برق با یک مدار ۶۳ آمپری تغذیه کرد و در نتیجه کل فرآیند را ساده کرد.
• ملاحظات اضافی شامل رعایت مقررات کشوری است که ممکن است نیاز به کلید اضطراری برای EVSE در مکان‌های عمومی (iMNx) داشته باشد.
• محافظت در برابر نوسان، اگرچه به صراحت نشان داده نشده است، می تواند در ایستگاه شارژ ادغام شود یا در تابلوی برق بالادست قرار گیرد، که بستگی به فاصله بین تابلوی برق و ایستگاه شارژ دارد.

این نمونه ها به عنوان نقشه های عملی برای پیاده سازی نمودارهای الکتریکی شارژ EV مطابق با IEC عمل می کنند. اطمینان از مدارهای اختصاصی، حفاظت مناسب در برابر اضافه بار و اقدامات محکم در برابر شوک های الکتریکی، گام‌های حیاتی در ایجاد زیرساخت شارژ ایمن و قابل اعتماد هستند. برای دستورالعمل های دقیق و مقررات خاص کشور، به منابع جامع موجود از منابع معتبر در این زمینه مراجعه کنید.

حفاظت در برابر اضافه ولتاژ گذرا در تاسیسات شارژ EV

تاسیسات شارژ خودروهای برقی (EV) به ویژه در حین وقایعی مانند صاعقه، مستعد اضافه ولتاژ های گذرا هستند. اقدامات حفاظتی مناسب برای تضمین طول عمر و ایمنی زیرساخت شارژ EV ضروری است. این راهنما بینشی در مورد حفاظت از موج و اتصال هم پتانسیل طبق استانداردهای IEC 60364-7-722 ارائه می دهد.

حفاظت در برابر اضافه ولتاژ با SPD نوع ۱ یا ۲

استاندارد IEC 60364-7-722 حفاظت در برابر اضافه ولتاژهای گذرا در EVSE قابل دسترسی برای عموم را الزامی می کند.

• از یک دستگاه محافظ در برابر نوسان (SPD) نوع ۱ یا ۲ مطابق با استاندارد IEC 61643-11 استفاده کنید.
• SPD را در تابلوی برق فشار ضعیف اصلی (MLVS) یا مستقیماً داخل EVSE نصب کنید.
• اطمینان حاصل کنید که سطح حفاظت (Up) ≤ ۲.۵ کیلوولت است.

حفاظت در برابر اضافه ولتاژ با اتصال هم پتانسیل

ایجاد اتصال هم پتانسیل برای برابر کردن پتانسیل بین تمام قسمت های رسانا در تأسیسات EV.

• از یک هادی (رسانا) برای اتصال هم پتانسیل استفاده کنید.
• همه هادی‌های ارت شده و قطعات فلزی را برای حفظ پتانسیل برابر به هم متصل کنید.

سناریوهای حفاظت در برابر نوسانات برای ایستگاه‌های شارژ خودروهای برقی (EVSE) در محیط‌های داخلی

برای ایمن‌سازی سیستم‌های شارژ خودروهای برقی در محیط‌های داخلی، استانداردها و راهکارهای حفاظتی متناسب با شرایط نصب و دسترسی عمومی تعیین شده است.

در زیر سه سناریوی کلیدی با جزئیات فنی ارائه می‌شود:

سناریوی اول: بدون سیستم حفاظت در برابر صاعقه (LPS) – دسترسی عمومی

• نصب SPD نوع ۲ در MLVS (Main Low Voltage Switchboard):
  این SPD در تابلو توزیع اصلی ولتاژ پایین نصب می‌شود تا نوسانات ناشی از عملیات سوئیچینگ یا اختلالات شبکه را کنترل کند. SPD نوع ۲ با قابلیت مدیریت جریان موجی ۸/۲۰ میکروثانیه، مناسب برای حفاظت در محیط‌های داخلی است.
• مدار اختصاصی برای هر EVSE:
  هر ایستگاه شارژ باید در یک مدار مجزا نصب شود تا از تداخل جریان و اضافه‌بار جلوگیری شود.
• SPD نوع ۲ اضافی در EVSE:
  در صورتی که فاصله بین EVSE و پنل اصلی بیش از ۱۰ متر باشد، نصب یک SPD نوع ۲ اضافی در نزدیکی ایستگاه شارژ الزامی است. این امر به دلیل افزایش ریسک نوسانات در کابل‌های بلندتر است.

سناریوی دوم: استفاده از Busway – بدون LPS – دسترسی عمومی

• پیاده‌سازی مشابه سناریوی اول:
  نصب SPD نوع ۲ در MLVS و اختصاص مدار جداگانه برای هر EVSE.
• افزودن SPD نوع ۲ در اولین خروجی Busway:
  در سیستم‌های مبتنی بر Busway (شین‌های رسانای جمعی)، یک SPD نوع ۲ باید در اولین نقطه اتصال Busway که EVSE را تغذیه می‌کند، نصب شود. این اقدام از انتقال نوسانات از طریق شین به سایر تجهیزات جلوگیری می‌کند.
• مزیت استفاده از Busway:
  کاهش پیچیدگی سیم‌کشی و افزایش انعطاف‌پذیری در توسعه سیستم.

سناریوی سوم: با LPS (سیستم حفاظت در برابر صاعقه) – دسترسی عمومی

• نصب SPD نوع ۱+۲ در MLVS:
  ترکیب SPD نوع ۱ (برای جریان‌های قوی ناشی از صاعقه با مشخصه ۱۰/۳۵۰ میکروثانیه) و نوع ۲ (برای نوسانات داخلی) در تابلو اصلی، حفاظت جامعی را فراهم می‌کند. این ترکیب برای محیط‌هایی که خطر صاعقه وجود دارد ضروری است ۹.
• SPD نوع ۲ اضافی در EVSE:
  مشابه سناریوهای قبلی، در صورت فاصله بیش از ۱۰ متر بین EVSE و پنل اصلی، نصب SPD اضافی الزامی است.
• مزایای LPS:
  کاهش ریسک آسیب‌های ناشی از صاعقه مستقیم یا غیرمستقیم به شبکه برق.

ملاحظات کلیدی برای تمام سناریوها

1. هماهنگی SPDها:
   • SPDهای نصب‌شده در سطوح مختلف (مثلاً نوع ۱ و ۲) باید از نظر سازگاری و عملکرد هماهنگ باشند تا انرژی نوسان به درستی به زمین هدایت شود.
2. سیستم ارتینگ:
   • اتصال صحیح به زمین برای عملکرد مؤثر SPDها حیاتی است. مقاومت زمین باید مطابق استانداردهای ملی تنظیم شود.
3. بررسی دوره‌ای:
   • بازرسی سالانه SPDها برای اطمینان از سلامت و عملکرد صحیح توصیه می‌شود.

حفاظت در برابر اضافه ولتاژ برای EVSE در فضای باز

بدون LPS – دسترسی عمومی:

• SPD نوع ۲ در MLVS.
• SPD نوع ۲ اضافی در پنل فرعی (>۱۰ متر از MLVS).
• ملاحظات اضافی برای EVSE متصل به سازه ساختمان یا نصب شده در پارکینگ.

با LPS – دسترسی عمومی:

• SPD نوع ۱ در MLVS.
• SPD نوع ۲ اضافی در پنل فرعی.
• ملاحظات اضافی برای EVSE متصل به سازه ساختمان یا نصب شده در پارکینگ.

نتیجه‌گیری

اجرای اقدامات حفاظت در برابر موج و اتصال هم پتانسیل برای قابلیت اطمینان و ایمنی تاسیسات شارژ EV بسیار مهم است. انتخاب نوع SPD و قرارگیری استراتژیک آنها به عواملی مانند حفاظت در برابر صاعقه، مکان و دسترسی عمومی بستگی دارد. رعایت استانداردهای IEC تضمین کننده محافظت کافی در برابر اضافه ولتاژهای گذرا است.