Wykorzystanie monitorów prądów resztkowych do zapewnienia bezpieczeństwa elektrycznego podczas ładowania pojazdów elektrycznych
Aby zapobiec porażeniom prądem elektrycznym, producenci ładowarek EV muszą stosować w swoich produktach wyłączniki różnicowoprądowe (RCD) wyzwalane w ciągu kilku milisekund przy resztkowych prądach stałych i zmiennych rzędu kilku miliamperów (mA).
Pomiar prądów zakłóceniowych zmiennych i stałych w obwodach urządzeń do ładowania pojazdów elektrycznych (EVSE)
Monitory prądów resztkowych z serii RCM14 firmy Littelfuse Inc. wykrywają prądy resztkowe stałe oraz zmienne w instalacjach prądu zmiennego lub stałego i generują sygnał wyjściowy do sterowania odłącznikiem zewnętrznym (przekaźnik odcinający). W przeciwieństwie do nich, wyłączniki różnicowoprądowe (RCCB) posiadają zintegrowany przekaźnik odcinający.
Prądy resztkowe zmienne są wykrywane za pomocą indukcyjnego przekładnika prądowego (CT). W tym celu żyłę dostarczającą prąd (IL) i żyłę powrotną prądu (IN) przekłada się przez miękki magnetyczny rdzeń toroidalny, co powoduje, że obydwa wektory prądu w normalnych warunkach kompensują się nawzajem i sumują się do zera. Jeżeli prąd zakłóceniowy (Ig) popłynie do potencjału uziemienia przez ciało ludzkie w obwodzie za detektorem, całkowity prąd monitora prądów resztkowych (RCM) lub ziemnozwarciowego przerywacza obwodu (GFCI) będzie różny od zera i spowoduje zadziałanie wyłącznika automatycznego (ilustracja 3).
Ilustracja 3: Jeżeli prąd zakłóceniowy (Ig) popłynie do potencjału uziemienia przez ciało ludzkie, całkowity prąd ziemnozwarciowego przerywacza (GFCI) będzie różny od zera i spowoduje zadziałanie wyłącznika automatycznego. (Źródło ilustracji: Littelfuse)
Dzięki integracji sondy magnetometru transduktorowego w szczelinie rdzenia toroidalnego i kompensacji strumienia magnetycznego do zera za pomocą cewki kompensacyjnej, przekładnik prądowy (CT) może również wykrywać prądy resztkowe stałe. Ta metoda charakteryzuje się wyższą dokładnością niż czujniki hallotronowe czy rezystory bocznikowe i pozwala wykrywać niewielkie prądy zakłóceniowe stałe od 6mA przy dużych prądach obciążeniowych stałych dochodzących do 500A.
Ilustracja 4: Monitory prądów resztkowych (RCM) z serii RCM14 posiadają dwie diody LED statusu i można je łatwo podłączać za pomocą czterowtykowego złącza JST. (Źródło ilustracji: Littelfuse)
Monitor prądów resztkowych (RCM) z wyjściem sterującym dla odłącznika
Seria RCM14 firmy Littelfuse idealnie nadaje się do stosowania w kablach ze sterownikami wewnątrzkablowymi (ICCB), przeznaczonych do ładowania pojazdów elektrycznych (tryb 2) i w stacjach ładowania pojazdów elektrycznych (tryb 3). Są one dostępne w trzech opcjach wykrywania prądów resztkowych zgodnych z normami IEC 62752 (tryb 2), IEC 62955 (tryb 3) oraz UL 2231.
Każdy monitor prądów resztkowych (RCM) posiada jedną diodę LED sygnalizacji działania i jedną diodę LED sygnalizacji usterki. Czterowtykowe złącze JST upraszcza instalację: wtyki 1 i 2 są przeznaczone do zasilania 12V, wtyk 3 do zewnętrznego testowania działania, a wtyk 4 jest wyjściem przełączającym z otwartym drenem do sterowania zewnętrznym odłącznikiem, takim jak przekaźnik odcinający, przy natężeniu do 100mA i napięciu 24V (maksymalnie) (ilustracja 4).
Wspomniane aktywne monitory prądów resztkowych (RCM) mogą być również wykorzystywane do wykrywania prądów resztkowych zmiennych i stałych w jednofazowych lub wielofazowych instalacjach prądu stałego. Praca jednofazowa ogranicza prąd obciążeniowy do 100A, a praca trójfazowa - do 40A. Mogą one obsługiwać impulsy prądu obciążenia do 3000A.
RCM14-01: monitor prądów resztkowych (RCM) stałych 6mA zgodny z normą IEC 62955, apertura 14mm
Monitor prądów resztkowych (RCM) RCM14-01 wykrywa prądy zakłóceniowe stałe w układach prądu zmiennego 50Hz/60Hz. Został on opracowany do użytku w stacjach ładowania działających w trybie 3 dla pojazdów elektrycznych (norma IEC 62955) i służy do przerywania obwodu ładowania pojazdów elektrycznych w przypadku wystąpienia prądu zakłóceniowego stałego ≥ 6mA. Omawiany detektor w ekonomiczny i prosty sposób dodaje funkcję monitorowania prądów resztkowych stałych do istniejących wyłączników różnicowoprądowych (RCD) typu A i typu F w instalacjach elektrycznych budynków (ilustracja 5).
Ilustracja 5: Monitor prądów resztkowych RCM14-01 dodaje funkcję monitorowania pod kątem prądów resztkowych stałych ≥ 6mA do czułych na prąd stały wyłączników różnicowoprądowych (RCD) typu A w instalacjach elektrycznych budynków. (Źródło ilustracji: Littelfuse, Western Automation)
Ilustracja 6: Moduły monitorów prądów resztkowych RCM14-04_SYS są systemami otwartymi składającymi się z czujnikowej płytki drukowanej oraz przekładnika prądowego. (Źródło ilustracji: Littelfuse, Western Automation)
RCM14-03: moduł monitora prądów resztkowych (RCM) 6mA=/30mA~ zgodny z normą IEC 62752, apertura 14mm
Monitor prądów resztkowych (RCM) RCM14-03 jest przeznaczony do stosowania w sterownikach wewnątrzkablowych (ICCB) lub zintegrowanych urządzeniach zabezpieczających pojazdy elektryczne działające w trybie 2 w celu przerwania zasilania pojazdu elektrycznego w przypadku usterki prądu zmiennego lub stałego.
RCM14-04: moduł monitora prądów resztkowych (RCM) 56mA=/20mA~ zgodny z normą UL 2231-2, apertura 14mm
Moduł monitora prądów resztkowych RCM14-04 wykrywa prądy zakłóceniowe zmienne i stałe w instalacjach prądu zmiennego 60Hz. Jest on przeznaczony do użytku w przerywaczach obwodu ładowania (CCID) w stacjach ładowania pojazdów elektrycznych i służy do przerywania zasilania w przypadku wystąpienia prądu resztkowego zmiennego i/lub stałego.
RCM20-01: monitor prądów resztkowych RCM20-01 przeznaczony jest do wykrywania prądów resztkowych stałych w instalacjach prądu zmiennego 50Hz/60Hz. Jest on przeznaczony do stacji ładowania pojazdów elektrycznych trybu 3 i służy do odłączania zasilania podawanego do pojazdu elektrycznego w warunkach zakłóceniowych prądów resztkowych stałych. Opisywany produkt jest w pełni zgodny z normą IEC 62955.
RCM20-03: monitor prądów resztkowych RCM20-03 przeznaczony jest do wykrywania prądów resztkowych stałych i zmiennych w instalacjach prądu zmiennego 50Hz/60Hz. Jest on przeznaczony do stacji ładowania pojazdów elektrycznych trybu 2 i służy do odłączania zasilania podawanego do pojazdu elektrycznego w warunkach zakłóceniowych prądu stałego i zmiennego. Produkt jest w pełni zgodny z normą IEC 62752 i może być używany w zastosowaniach zgodnych z normą IEC 62955, gdzie wymagane jest wykrywanie prądów zakłóceniowych zmiennych 30mA.
Na potrzeby integracji z obwodem większego urządzenia, poniższe moduły monitorów prądów resztkowych (RCM) są również dostępne jako systemy otwarte:
Każdy system składa się z przeznaczonej do lutowania czujnikowej płytki drukowanej i oddzielnego przekładnika prądowego (ilustracja 6).
Podsumowanie
Czułe na prąd zmienny wyłączniki różnicowoprądowe (RCD) typu A są powszechnym standardem instalacyjnym w instalacjach elektrycznych budynków, ale nie są w stanie chronić przed zagrożeniami związanymi z prądami resztkowymi stałymi w obwodach ładowania pojazdów elektrycznych (EV). Jak wykazano, urządzenia serii RCM14 mogą służyć do monitorowania prądów resztkowych stałych, które jest wymagane w kablach ładowania ze sterownikiem wewnątrzkablowym (ICCB) (tryb 2) i stacjach ładowania pojazdów elektrycznych (tryb 3). Ten wyposażony w zaledwie cztery wtyki połączeniowe, kompaktowy moduł monitora prądów resztkowych (RCM) lub system otwarty może zostać łatwo i tanio wdrożony przez projektantów systemów w urządzeniach do ładowania pojazdów elektrycznych (EVSE).
Kontakt w Polsce: poland.support@digikey.pl
Autor: Rolf Horn
Rolf Horn, Applications Engineer at DigiKey, has been in the European Technical Support group since 2014 with primary responsibility for answering any Development and Engineering related questions from final customers in EMEA, as well as writing and proof-reading German articles and blogs on DK’s TechForum and maker.io platforms. Prior to DigiKey, he worked at several manufacturers in the semiconductor area with focus on embedded FPGA, Microcontroller and Processor systems for Industrial and Automotive Applications. Rolf holds a degree in electrical and electronics engineering from the university of applied sciences in Munich, Bavaria and started his professional career at a local Electronics Products Distributor as System-Solutions Architect to share his steadily growing knowledge and expertise as Trusted Advisor.
Hobbies: spending time with family + friends, travelling in our VW-California transporter and motorbiking on a 1988 BMW GS 100.