Szivárgásérzékelők töltőállomásokhoz
Az áram-védőkapcsolót (RCD) sokan ismerik az alagsorban lévő biztosítékdobozuk révén. Habár még mindig több olyan régi épületet találunk, amelyek biztosítékokkal
vannak felszerelve, és ahol földelővezeték nélküli kábelezést építettek ki, ugyanakkor ezek egyre ritkábbak.
Szerencsére egyre több háztartásban alkalmaznak már áram-védőkapcsolót, mivel a biztosíték vagy a megszakító feladata csak az elektromos vezetékek túláram elleni védelme, ami alapvetően tűzvédelmi intézkedés. Az RCD viszont közvetlenül az embereket védi a halálos áramütésektől. Összehasonlítja, hogy az áramkörből kifolyó áram mennyisége megegyezik-e a beáramlott mennyiséggel. Bármely eltérés esetleges szivárgási áram jelenlétére utalhat, amely példának okáért egy személyen áramlik keresztül. Az áram-védőkapcsoló általában 30 mA szivárgási áramnál kikapcsol, mivel az 50 mA feletti váltakozó hálózati áram potenciálisan halálossá válik az emberek számára. A statisztikák mutatják, hogy mennyire fontos egy modern elektromos berendezés a lakók védelme szempontjából. Amíg a VDE 1970-ben több mint 250 halálos elektromos balesetet regisztrált Németországban, ez a szám 2018-ra már 43-ra csökkent. Egyébként a 43 haláleset közül természetesen 34 férfi volt, akik szeretik „bütykölni” az elektromos berendezéseket, de az esetek nagyobb részében nem rendelkeznek a szükséges óvatossággal és gondossággal – akiknek nincs szükségük feszültségmérőre, hiszen azt az ujjuk hegye is megteszi!
Biztonság az elektromos autó töltésekor
A közlekedés terén várhatóan komoly változás következik be, és úgy tűnik, hogy a verseny eldőlt: a belsőégésű motorral rendelkező személygépkocsikat az elektromos hálózatról tölthető gépjárművek váltják fel. A töltőállomások és a fali dobozok (elektromos járműellátó berendezések) piaca ennek megfelelően fejlődik, és egyes városokban gombaként szaporodnak a nyilvános töltőoszlopok. Mivel az elektromos járművek tömeges felhasználása egyre inkább elterjedtté válik, a fali dobozok értékesítési adatai is robbanásszerűen megnőnek. Az autótulajdonosok természetesen kényelmesen, elsősorban a saját garázsaikban akarják tölteni autójukat nap mint nap, de ugyanez igaz a céges parkolóban történő töltésre is, hiszen az a legjobb, amikor „teli tankkal” kezdhetnek minden reggel vagy indulhatnak haza munka után. Ennek eredményeként a nyilvános töltőoszlopok csak a nagyobb távolságokra történő utazások szempontjából lesznek relevánsak, és a korábbi benzin-, illetve dízelüzemű autótulajdonosok benzinkutakra tett hagyományos kirándulásai szép lassan a múlté lesznek.
Nem szabad azonban megengedni, hogy a biztonság háttérbe szoruljon, mivel töltés közben hatalmas erősségű áramok (kétjegyű amper tartományban) áramlanak az akkumulátorokba, és az akkumulátorokból vissza a hálózatba. (A „járműből a hálózatba” technológia [vehicle-to-grid – V2G] segítségével az elektromos járművek akkumulátoraiban tárolt energia visszatáplálható az elektromos hálózatba.) A szigetelési hibák pedig szivárgási áramokat is okozhatnak a kábeleknél vagy az autóban, amelyekkel szemben védeni kell az embereket és más élőlényeket.
Ezt a problémát Európában és a világ néhány más részén is az IEC 62752:2016 (a 2. töltési módú közúti villamos járművek tápvezetékébe beépített szabályozó- és védelmi készülék [IC-CPD]) szabványa kezelte. A töltőkábellel történő 2. töltési módú szabvány nemcsak a 30 mA-nél nagyobb váltakozó áramú szivárgási áramok esetén, hanem a 6 mA-nél nagyobb egyenáramú szivárgási áramok esetén is detektálást és kikapcsolást követel meg.
Azonban otthoni telepítés esetén a töltőállomás vagy a kábel integrált szivárgásvédelme eléréséhez csak egy olcsó „A” típusú RCD szükséges.
Szabványoknak megfelelő integrált és jövőbiztos megoldás
A KEMET által forgalomba hozott, IEC 62752 szabványnak megfelelő sorozat első szenzora az FG-R05-3A-típus, amely integrált megoldást kínál nagyon kis helyigény mellett. 2021 végéig pedig további, azonos funkcionalitással különböző méretű modellek is piacra kerülnek, amelyek megfelelnek a váltakozó áramú fali töltők és töltőkábelek különböző mechanikai telepítési helyzeteinek.
2022 januárjától egy további szabvány fogja szabályozni a 3. töltési módú váltakozó áramú fali dobozokkal történő töltést (IEC 62955:2018 – áram-védőkapcsoló eszköz [RDC-DD] szükséges az elektromos járművek 3. típusú módjának töltéséhez).
A változások módosítják a szivárgási áram küszöbértékeit, mivel a szabványnak megfelelő maximális lehetséges töltési áram 100 A fölé emelkedik. Az egyenáramú szivárgási áram tekintetében a küszöbérték 6 mA marad, de váltakozó áram esetén 60 mA-re változik.
A szabványnak megfelelő szenzorok már fejlesztés alatt állnak a KEMET-nél, és idővel elérhetőek lesznek. Ezeket a háromfázisú rendszerek esetében 40 A, az egyfázisú rendszerek esetében pedig 80 A maximális áramerősségre tervezik, elérve a kb. 22 kW töltési teljesítményt. Az érzékelők mechanikusan és elektromosan is teljesen kompatibilisek a 2. módú változataikkal. Ezért a jelenleg rendelkezésre álló érzékelők szem előtt tartásával már megkezdhető az elektromos rendszerek tervezése, és amikor az új szabvány életbe lép, akkor egy egyszerű anyagjegyzék-változtatással egyidőben, az elrendezés módosítása nélkül lehet váltani az új érzékelőkre.
Felépítés és funkció
Az érzékelő egy csatolt tekercsből és egy ASIC-ből áll, amely integrálja a kiértékelő elektronikát. Furatszerelt alkatrészként kerül a NYÁK-ra, és a töltőkábel áthalad az érzékelő nyílásán. Ahol az induktív módon detektált teljes áram nem nulla, ott szivárgási áram van jelen, ami a töltőkábel vagy az autó szigetelési hibájára utal. A tekercsben lévő szivárgási áram kikapcsolja az oszcillátort, és az elektronika megméri a keletkező kimenő jel megfelelő magas és alacsony időtartamát, ezáltal nemcsak a szivárgási áram abszolút értéke, hanem annak iránya is meghatározható, ami nagyon értékes információ a hiba meghatározásához. Az elektronikus rendszert 5 V-tal táplálják, és amikor az AC vagy DC szivárgási áram küszöbértéke túllépi a határokat az 5 V-os logikai kimeneteken megjelenő jel megszakítja a összeköttetéseket, leválasztja a töltőkábelt. Ezenkívül egy integrált analóg kimenet leolvassa az egyenáramú szivárgási áramot és 50 Hz-re szuperponálva az AC szivárgási áramot, ily módon a töltésszabályozó figyelemmel kísérheti a szivárgási áramokat. Ennek eredményeként már a normákban előírt küszöb túllépése előtt is lehet reagálni, például a karbantartás időben elvégezhető, mielőtt a töltőoszlopot üzemen kívül kellene helyezni. Ez olyan hozzáadott érték, amelyet nem szabad lebecsülni.
Következtetés
A KEMET RCD-k nemcsak lehetőséget nyújtanak, hogy megfeleljenek az e-mobilitás töltőállomások biztonságára vonatkozó globális szabványok követelményeinek, hanem kompakt, integrált és a jövőben is biztonságos megoldást kínálnak, az intelligens, értékes további információkkal szolgáló kiértékelő elektronikájuknak köszönhetően.
Szerző: Andreas Dirschl – Alkalmazástechnikai Mérnök, Codico
CODICO GmbH
Balogh Gergely
Field Sales Engineer, Active Components
Mobil: +36 30 867 0687
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
