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剩余電流動(dòng)作保護(hù)器在電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)的應(yīng)用

2022-02-10 20:40:36·  來(lái)源：電動(dòng)學(xué)堂  作者：劉金琰等  
　
文章來(lái)源:1.上海電器科學(xué)研究院2.中山市開(kāi)普電器有限公司3.西門(mén)子(中國(guó))有限公司0引言剩余電流動(dòng)作保護(hù)器(ResidualCurrentOperatedProtectiveDevices,RCD)是一種
文章來(lái)源:1.上海電器科學(xué)研究院2.中山市開(kāi)普電器有限公司3.西門(mén)子(中國(guó))有限公司
0引言
剩余電流動(dòng)作保護(hù)器(ResidualCurrentOperatedProtectiveDevices,RCD)是一種漏電保護(hù)裝置,被廣泛地應(yīng)用在低壓配電系統(tǒng)中,是低壓電網(wǎng)防止電擊事故?電氣設(shè)備漏電損壞和電氣火災(zāi)的有效防護(hù)措施,在國(guó)內(nèi)外低壓電網(wǎng)中獲得了廣泛的應(yīng)用?
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不斷提高,汽車保有量持續(xù)攀升;大力發(fā)展電動(dòng)汽車,能夠加快燃油替代,減少汽車尾氣排放;對(duì)保障能源安全?促進(jìn)節(jié)能減排?防治大氣污染具有重要意義?作為支持電動(dòng)汽車的充電系統(tǒng),安全?耐氣候與長(zhǎng)時(shí)間使用的可靠性成為充電基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)最大的挑戰(zhàn)?為了保證電動(dòng)汽車充電過(guò)程中人身和充電設(shè)備的安全,RCD也隨之在電動(dòng)汽車充電領(lǐng)域得到了新的應(yīng)用?
1RCD的功能與分類
1.1RCD的基本功能
電擊危險(xiǎn)保護(hù)有兩種基本狀況:故障保護(hù)(間接接觸)和基本保護(hù)(直接接觸)?RCD的主要功能或基本功能是提供故障防護(hù),但具有足夠靈敏度(如剩余動(dòng)作電流不超過(guò)30mA)的RCD在其他防護(hù)措施失效時(shí),對(duì)與帶電導(dǎo)電部件直接接觸的使用者和家畜仍能提供直接接觸的電擊保護(hù)?額定剩余動(dòng)作電流不超過(guò)300mA的RCD也能對(duì)因過(guò)電流保護(hù)電器不動(dòng)作而長(zhǎng)期持續(xù)接地故障電流引起的火災(zāi)危險(xiǎn)提供保護(hù)?
1.2RCD的分類
術(shù)語(yǔ)RCD是一個(gè)適用于當(dāng)剩余電流等于或超過(guò)額定剩余動(dòng)作電流時(shí)能自動(dòng)斷開(kāi)的產(chǎn)品族的通用術(shù)語(yǔ)?其包括不帶過(guò)電流保護(hù)的剩余電流動(dòng)作斷路器RCCB,符合GB16916.1和GB22794標(biāo)準(zhǔn);帶過(guò)電流保護(hù)的剩余電流動(dòng)作斷路器RCBO,符合GB16917.1和GB22794標(biāo)準(zhǔn);帶或不帶過(guò)電流保護(hù)的插座式剩余電流電器SRCD,符合GB28527標(biāo)準(zhǔn);不帶過(guò)電流保護(hù)的移動(dòng)式剩余電流裝置PRCD,符合GB20044標(biāo)準(zhǔn);用于I類和電池供電車輛的可開(kāi)閉保護(hù)接地移動(dòng)式剩余電流裝置(SPE-PRCD),符合GB29303標(biāo)準(zhǔn);具有剩余電流保護(hù)的斷路器CBR,符合GB14048.2標(biāo)準(zhǔn),適用于主觸頭用來(lái)接入額定電壓不超過(guò)交流1000V或直流1500V電路中的斷路器;剩余電流裝置模塊MRCD,符合GB14048.2標(biāo)準(zhǔn),適用于電流傳感器和/或處理器與電流分?jǐn)嘌b置分開(kāi)安裝的剩余電流裝置模塊?
RCD根據(jù)有直流分量時(shí)的工作狀況分為AC型RCD?A型RCD?F型RCD和B型RCD,4種類型的RCD可以分別保護(hù)各種故障電流?AC型RCD:對(duì)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RCD:包含AC型RCD的特性,并對(duì)突然施加或緩慢上升的脈動(dòng)直流剩余電流?脈動(dòng)直流剩余電流疊加6mA平滑直流剩余電流確保脫扣的RCD?F型RCD:包含A型RCD的特性(其中脈動(dòng)直流剩余電流疊加6mA平滑直流剩余電流改為疊加10mA平滑直流剩余電流),并對(duì)由相線和中性線或者相線和接地中間導(dǎo)體供電電路中突然施加或緩慢上升的復(fù)合剩余電流確保脫扣的RCD?B型RCD:包含F(xiàn)型RCD的特性(其中脈動(dòng)直流剩余電流疊加10mA平滑直流剩余電流改為疊加0.4IΔn或10mA平滑直流剩余電流,兩者取大值),并對(duì)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(dòng)直流剩余電流疊加平滑直流剩余電流?兩相或多相整流電路產(chǎn)生的脈動(dòng)直流剩余電流?平滑直流剩余電流確保脫扣的RCD?
AC型?A型?F型和B型RCD能分別對(duì)相位控制?脈沖控制?單相半波?雙脈沖橋式?雙脈沖橋式/半波相位控制?采用雙脈沖橋式的變頻器?單相半波帶濾波?采用雙脈沖橋式帶PFC的變頻器?相間雙脈沖橋式?相間采用雙脈沖橋式的變頻器?三相星形?六脈沖橋式?采用六脈沖橋式的變頻器的電路中出現(xiàn)的接地故障進(jìn)行保護(hù)?
2電動(dòng)汽車充電設(shè)施
2.1概述
電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施主要包括各類集中式充(換)電站和分散式充電樁,完善的充電基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)體系是電動(dòng)汽車普及的重要保障?電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)體系包括通用要求?設(shè)備接口?通信協(xié)議等,涉及的5個(gè)主要標(biāo)準(zhǔn)包括:GB/T18487.1—2015《電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng)第1部分:通用要求》;GB/T20234.1—2015《電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置第1部分:通用要求》;GB/T20234.2—2015《電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置第2部分:交流充電接口》;GB/T20234.3—2015《電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置第3部分:直流充電接口》;GB/T27930—2015《電動(dòng)汽車非車載傳導(dǎo)式充電機(jī)與電池管理系統(tǒng)之間的通信協(xié)議》?其中GB/T18487.1—2015標(biāo)準(zhǔn)中4種充電模式分別對(duì)應(yīng)用RCD提出了基本的要求?
2.2GB/T18487.1—2015標(biāo)準(zhǔn)分析
2.2.1電動(dòng)汽車充電模式使用條件
充電模式1:模式1充電系統(tǒng)使用標(biāo)準(zhǔn)的插座和插頭,能量傳輸過(guò)程中應(yīng)采用單相交流供電,且不允許超過(guò)8A和250V?在電源側(cè)應(yīng)使用符合GB2099.1和GB1002要求的插頭插座,在電源側(cè)使用了相線?中性線和保護(hù)接地導(dǎo)體,并且在電源側(cè)使用了剩余電流保護(hù)裝置?從標(biāo)準(zhǔn)插座到電動(dòng)汽車應(yīng)提供保護(hù)接地導(dǎo)體?
充電模式2:模式2充電系統(tǒng)使用標(biāo)準(zhǔn)插座,能量傳輸過(guò)程中應(yīng)采用單相交流供電?電源側(cè)使用符合GB2099.1和GB1002要求的16A插頭插座時(shí)輸出不能超過(guò)13A;電源側(cè)使用符合GB2099.1和GB1002要求的10A插頭插座時(shí)輸出不能超過(guò)8A?在電源側(cè)使用了相線?中性線和保護(hù)接地導(dǎo)體,并且采用纜上控制與保護(hù)裝置(IC-CPD)連接電源與電動(dòng)汽車?
充電模式3:模式3應(yīng)用于連接到交流電網(wǎng)的供電設(shè)備將電動(dòng)汽車與交流電網(wǎng)連接起來(lái)的情況,并且在電動(dòng)汽車供電設(shè)備上安裝了專用保護(hù)裝置?電動(dòng)汽車供電設(shè)備具有一個(gè)及以上可同時(shí)使用的模式3連接點(diǎn)(供電插座)時(shí),每一個(gè)連接點(diǎn)應(yīng)具有專用保護(hù)裝置,并確?？刂茖?dǎo)引功能可獨(dú)立運(yùn)行?模式3應(yīng)具備剩余電流保護(hù)功能?連接方式A?B?C適用于模式3?采用單相供電時(shí),電流不大于32A?采用三相供電且電流大于32A時(shí),應(yīng)采用連接方式C?
充電模式4:模式4用于電動(dòng)汽車連接到直流供電設(shè)備的情況,應(yīng)用于永久連接在電網(wǎng)(電源)的設(shè)備和通過(guò)電纜與電網(wǎng)(電源)連接為其供電的設(shè)備?模式4可直接連接至交流電網(wǎng)或直流電網(wǎng)?僅連接方式C適用于模式4?
2.2.2充電連接方式
電動(dòng)汽車充電連接方式分為連接方式A?連接方式B和連接方式C,電動(dòng)汽車充電連接方式如表1所示?表1分別給出了3種連接方式的定義和連接圖?
2.2.3電動(dòng)汽車供電設(shè)備結(jié)構(gòu)中對(duì)RCD的要求
電動(dòng)汽車交流供電設(shè)備宜采用A型或B型RCD,符合GB14048.2—2008?GB16916.1—2014和GB22794—2008的相關(guān)要求?當(dāng)交流供電設(shè)備具有符合GB/T20234標(biāo)準(zhǔn)要求的供電插座或車輛插頭時(shí),應(yīng)具備防故障電流的保護(hù)措施:
B型RCD,或A型RCD,或滿足符合A型剩余電流保護(hù)功能的相關(guān)裝置?
3RCD在電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)的應(yīng)用
為了實(shí)現(xiàn)將電動(dòng)汽車安全可靠地連接至電源系統(tǒng)上,對(duì)于所有的充電模式,GB/T18487.1—2015和IEC60364-7-722:2015規(guī)定在基本保護(hù)和/或故障保護(hù)失效時(shí),要求至少由A型RCD提供電擊防護(hù)?
根據(jù)GB/T18487.1—2015模式2充電的定義,可以從建筑物裝置中任何插座取電?由于不能保證所有現(xiàn)存建筑物裝置都配有必要的保護(hù)措施如RCD,電動(dòng)汽車模式2充電的纜上控制與保護(hù)電器(IC-CPD)用于電動(dòng)車充電的必要部分安全進(jìn)入供電網(wǎng)絡(luò)且在充電過(guò)程中起電擊防護(hù)作用?IC-CPD除了具備剩余電流保護(hù)功能;在供電導(dǎo)體誤接線或斷開(kāi)或高阻抗PE可能引起的不安全情況下,不允許觸頭閉合;IC-CPD還具有控制導(dǎo)引功能?
根據(jù)GB/T18487.1—2015電動(dòng)汽車模式3充電的要求,剩余直流電流監(jiān)視電器(RDCMD),其帶一個(gè)內(nèi)部或外部的機(jī)械開(kāi)關(guān)電器與交流電動(dòng)汽車充電站永久連接?RDCMD額定電壓不超過(guò)AC440V,額定頻率50Hz,60Hz或50/60Hz,額定電流不超過(guò)63A?RDCMD預(yù)期在檢測(cè)到6mA及以上的平滑剩余直流電流時(shí),斷開(kāi)監(jiān)視電路?B型RCD本身可以檢測(cè)剩余平滑直流電流;A型RCD需串聯(lián)RDCMD,才可以避免由于負(fù)載剩余平滑直流電流大于6mA時(shí)引起的A型RCD動(dòng)作特性漂移而不正確動(dòng)作?
根據(jù)GB/T18487.1—2015電動(dòng)汽車模式4充電的要求,直流RCD可以對(duì)直流充電系統(tǒng)下端提供故障保護(hù),還可以提供直接接觸保護(hù)?因此目前國(guó)際上已根據(jù)電動(dòng)汽車行業(yè)的市場(chǎng)需求,開(kāi)始立項(xiàng)制定直流剩余RCD(DC-RCD)標(biāo)準(zhǔn),預(yù)留標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為IEC/TS63053,預(yù)計(jì)2018年完成該標(biāo)準(zhǔn)的制定?
綜上所述,4種充電模式要求分別安裝不同類型的RCD,如表2所示?
4結(jié)語(yǔ)
隨著新興領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展,RCD的應(yīng)用和發(fā)展也愈來(lái)愈廣泛?RCD不僅在傳統(tǒng)的家用場(chǎng)所?商用場(chǎng)所?農(nóng)網(wǎng)和工業(yè)領(lǐng)域得到普及,也開(kāi)始在電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)得到應(yīng)用,還將用于光伏電氣裝置?數(shù)據(jù)中心?電信中心等,對(duì)電擊事故?電氣設(shè)備漏電損壞和電氣火災(zāi)提供有效防護(hù),將對(duì)人身安全和財(cái)產(chǎn)安全發(fā)揮更大的作用?
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