鉅大LARGE | 點擊量：2033次 | 2018年07月27日
如何正確選用充電樁中剩余電流保護器
新能源汽車市場的增長離不開基礎(chǔ)充電設(shè)施的建設(shè),如何保證充電過程中的用電安全,尤其是防止泄漏電流對生命財產(chǎn)造成危害,是值得關(guān)注的問題。
隨著近兩年來的新能源汽車數(shù)量的爆發(fā)式增長,其配套設(shè)施充電樁的建設(shè)規(guī)模也隨之擴大。2010年-2017年七年間,我國充電樁數(shù)量已經(jīng)從千余個增長至21萬個。新能源汽車市場的增長離不開基礎(chǔ)充電設(shè)施的建設(shè),如何保證充電過程中的用電安全,尤其是防止泄漏電流對生命財產(chǎn)造成危害,是值得關(guān)注的問題。
剩余電流保護器(ResidualCurrentOperatedProtectiveDevices,RCD)作為一種漏電保護器,被廣泛應用于低壓配電系統(tǒng)中,用于防止電擊事故、電氣設(shè)備漏電損壞和電氣火災。同樣在電動汽車充電領(lǐng)域,RCD也作為一種基本電氣保護裝置被廣泛應用。
電動汽車充電一共有四種模式,在GB/T18487.1-2015《電動汽車傳導充電系統(tǒng)第1部分:通用要求》中有明確說明。
模式一使用充電連接電纜將電動汽車與交流電網(wǎng)相連,剩余電流保護主要依靠建筑配電箱中的剩余電流保護裝置(RCD),由于不能保證所有現(xiàn)存建筑物裝置都配有RCD,所以這種方式十分危險,已經(jīng)被禁止使用;
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
模式二在充電連接電纜上安裝了纜上控制保護裝置(IC-CPD),IC-CPD內(nèi)部具有剩余電流檢測保護功能;
模式三使用專用供電設(shè)備,將電動汽車與交流電網(wǎng)直接連接,并且在專用供電設(shè)備上安裝了控特種引裝置,專用供電設(shè)備即交流充電樁;
模式四將電動汽車連接交流電網(wǎng)或直流電網(wǎng)時,使用了帶控特種引功能的直流供電設(shè)備,即直流充電樁。在這里,我們主要討論模式三、模式四充電樁內(nèi)的剩余電流保護器的選用。
在GB/T18487.1-2015中要求,交流供電設(shè)備的剩余電流保護器宜采用A型或B型,符合GB14084.2-2008,GB16916.1-2014和GB22794-2008的相關(guān)要求。如圖1所示為充電模式3控特種引電路原理圖,在供電設(shè)備內(nèi)部安裝了剩余電流保護器。
圖1充電模式3控特種引電路原理圖
什么是A型或者B型剩余電流保護器?我國的剩余電流保護裝置(RCD)指導性標準GB/Z6829-2008(IEC/TR60755:2008,MOD)《剩余電流動作保護器的一般要求》從產(chǎn)品的基本結(jié)構(gòu)、剩余電流類型、脫扣方式等方面作了劃分。根據(jù)剩余電流類型可將RCD分為AC型、A型、B型。
AC型剩余電流保護器:對突然施加或緩慢上升的剩余正弦交流電流確保脫扣的RCD。A型剩余電流保護器:包含AC型的特性并對脈動直流剩余電流、脈動直流剩余電流疊加6mA平滑剩余電流確保脫扣的RCD。B型剩余電流保護器:包含A型的保護特性,此外,還能對1000Hz及以下的正弦交流剩余電流、交流剩余電流疊加平滑直流剩余電流、脈動直流剩余電流疊加平滑剩余電流、兩相或多相整流電路產(chǎn)生的脈動直流剩余電流、平滑直流剩余電流確保脫扣的RCD。
圖2交流充電樁內(nèi)部結(jié)構(gòu)
目前,由于B型RCD價格過于昂貴,國內(nèi)大部分的交流充電樁內(nèi)部安裝的都是A型剩余電流保護器。下圖所示為交流充電樁內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖,使用了A型剩余電流保護裝置。
那么A型的剩余電流保護器能滿足充電樁的漏電保護要求嗎?我們來分析一下充電過程中可能產(chǎn)生的剩余電流類型。
圖3電動汽車充電設(shè)施與電網(wǎng)及電動車間連接示意圖
如圖3所示,在使用交流充電樁充電過程中,交流充電樁和車輛耦合器與公共電網(wǎng)相連,樁內(nèi)如果由于絕緣破壞,可能產(chǎn)生工頻交流漏電流。在電動汽車部分,可能產(chǎn)生的漏電流主要來自于車載充電機漏電,充電機一般拓撲主要為AC/DC和DC/DC兩部分。如下圖所示為一種常見車載充電機的主電路圖。
圖4一種車載充電機主電路原理圖
AC/DC部分單相輸入交流電首先經(jīng)過EMI濾波,然后在Boost型APFC電路作用下將85~265V的交流電整流成穩(wěn)定輸出的直流400V電壓,并為后級提供直流輸入。DC/DC部分采用移相全橋LLC主電路將直流電壓400V轉(zhuǎn)化成蓄電池可接受的電壓。
當電路板與設(shè)備外殼之間絕緣損壞時,在整流部分可能產(chǎn)生脈動直流剩余電流,在Boost型APFC電路中可能會產(chǎn)生紋波系數(shù)很小的直流剩余電流。這里借用Bender的圖來詳細說明直流剩余電流的產(chǎn)生及危害。
圖5隔離式充電機直流漏電的產(chǎn)生
可以看到,在DC/DC部分推挽全橋變換器當中可能發(fā)生直流漏電,我國低壓配電系統(tǒng)一般采用TN形式供電,設(shè)備金屬外殼與工作零線相接,直流漏電會通過車身和PE線反饋到充電線路上,對整個系統(tǒng)電流波形造成影響。通過對等效電路的仿真,發(fā)現(xiàn)整個系統(tǒng)的電流波形會改變,如下圖所示。
圖6充電機直流故障系統(tǒng)電流波形
可以看到在后端發(fā)生直流漏電之后,也會影響到前級電路,整流過后的脈動直流波形發(fā)生畸變,產(chǎn)生尖刺,逐級對后端電路產(chǎn)生干擾,影響到充電效果,甚至影響蓄電池壽命。另一方面,由于TN系統(tǒng)的存在,這種故障不會在車身形成較大電壓,對人體危害較小,然而如果連接系統(tǒng)地線缺失或者PE線斷開,那么這部分電壓就會傷害到人體。實際上國內(nèi)很多地方尤其農(nóng)村地區(qū)PE線地線的連接都存在問題?，F(xiàn)有的A型RCD僅能在檢測脈動直流漏電時不受直流6mA電流的干擾,而無法檢測到直流漏電并斷開保護,當直流漏電大于6mA時,由于直流剩余電流會引起磁芯預先磁化,使脫扣值增大,導致A型RCD無法正常動作,因而必須使用B型RCD進行保護!
同樣的在直流充電樁內(nèi)部是通過非車載充電機將市電轉(zhuǎn)換成高精度直流電給蓄電池充電。直流充電樁漏電保護分為交流側(cè)和直流側(cè),理論上交流側(cè)也需要增加B型RCD進行保護,直流側(cè)需要加裝直流對地絕緣監(jiān)測裝置,檢測直流正極和負極對地絕緣檢測情況。
在可預見的未來內(nèi),隨著新能源汽車走進千家萬戶,充電樁將成為老百姓生活中必不可少的一部分,因而,充電樁內(nèi)剩余電流保護器的更新?lián)Q代十分必要,只有安全的用電環(huán)境才能讓大家放心地享受新能源汽車帶來的便利。
Magtron基于iFluxgate技術(shù)的SoC芯片整體方案,為B型漏電保護進行了數(shù)字化集成,為RCCB從傳統(tǒng)的AC型/A型向B型的技術(shù)升級,提供了一套高性價比的B型漏電解決方案,為充電設(shè)備的用電安全提供了更好的保障?！?/p>
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