Zapojení proudového chrániče elektromobilu: bezpečné a správné řešení pro domácí nabíjení

Elektromobilita se začíná stávat nedílnou součástí naší budoucnosti. Mílovými kroky se blížíme ke dni, kdy elektromobily budou nosným vozem každé podnikové flotily a primárním vozem každé rodiny. Již před koupí elektromobilu je nutné zhodnotit, jak jej dobíjet. Pro mnoho uživatelů je logickým vyústěním této otázky domácí nabíjení pomocí wallboxu. Nicméně s tím souvisí zhodnocení aktuálního stavu elektroinstalace, hodnoty hlavního jističe a případně i změna distribuční sazby.

O specifických požadavcích na zřizování nabíjecích stanic elektromobilů pojednává norma ČSN 33 2000-7-722: Zařízení jednoúčelová a ve zvláštních objektech - Napájení elektrických vozidel. Dle této normy musí každé AC připojovací místo být individuálně vybaveno proudovým chráničem s jmenovitým reziduálním proudem nepřesahujícím 30 mA. V případě, že je nabíjecí stanice vybavena konektorem dle IEC 62196 (což jsou prakticky všechny wallboxy), musí se provést opatření proti stejnosměrným unikajícím proudům. V případě, že je nabíjecí stanice vybavena detekcí stejnosměrného únikového proudu, může být použitý proudový chránič typu A nebo F. Pokud ale výrobce nabíječky neuvádí, že je stanice vybavena detekcí stejnosměrného únikového proudu, je nejvhodnější použít chránič typu B. Kromě použití chrániče typu B norma dovoluje použít typ A nebo F ve spojení se zařízením pro detekci DC únikového proudu (RDC-DD).

A co je to proudový chránič a proč je důležitý pro nabíjecí stanice?

Představuje tak ideální řešení pro ochranu v aplikacích fotovoltaických elektráren a nabíječek elektromobilů. Při návrhu a instalaci nabíjecích stanic je nutné vzít v potaz všechny aspekty plynoucí z jejich použití. Jedním z aspektů je i ochrana před úrazem elektrickým proudem, kterou není radno podceňovat.

Princip proudového chrániče je jednoduchý - chránič měří/detekuje unikající proud z obvodu. Zjednodušeně řečeno: Všechen proud který jde do spotřebiče, musí jít „nulákem“, nebo jinou fází zpět do zásuvky. Pokud jde proud vodičem PE, nebo jinudy (do země, …), je to vyhodnoceno jako porucha. Pokud unikající proud překročí určitou mez (běžně 30 mA, 100 mA, 300 mA) chránič vypne a odpojí chráněný obvod.

Co znamenají jednotlivé typy chráničů a kdy je použít?

Do chrániče se připojují všechny pracovní vodiče (tedy všechny fáze a střední nulový vodič, tzv. „nulák“). Ochranný vodič PE se nesmí připojit a vodiče PE a N se za chráničem nesmí spojit. Vodič PEN se v instalaci s chráničem neuvažuje, proto nelze použít proudový chránič v síti TN-C*. Unikající proud se v běžných proudových chráničích vyhodnocuje součtovým transformátorem. Chrániče tedy reagují pouze na střídavý, nebo pulzující proud (viz transformátor).

Obecně existují tyto hlavní typy chráničů a jejich použití v kontextu nabíjení elektromobilů:

• AC - reaguje na střídavé reziduální proudy; není citlivý na DC složku; nejlevnější varianta, ale nemusí být vhodná pro moderní nabíječky.
• A - reaguje i na DC složku do určitého rozsahu (typicky do 6 mA DC); vhodný, pokud nabíječka obsahuje detekci DC reziduálního proudu.
• F - reaguje na AC i pulzující DC reziduální proudy; vhodný pro zátěže s měniči a regulací otáček; nemusí být univerzální náhradou za B.
• B - detekuje DC reziduální proudy (včetně hladkých DC; nutný u některých nabíječek); vyžaduje opatrnost, jelikož DC složka může být nízká, ale v některých případech okamžitě vypne.
• B+ a RDC-DD - kombinace ochrany proti proudovým i nadproudovým jevům; detekce DC reziduálního proudu a samostatná ochrana proti přetížení; často používané tam, kde je potřeba spolehlivá detekce DC i nadproudová ochrana.

Pro nabíjení elektromobilů se typ B často vyžaduje u zařízení, která nemají interní detekci DC reziduálního proudu. Pokud Wallbox již obsahuje detekci DC 6 mA, může být použit chránič typu A či F dle místních předpisů a projektu. Ne vždy ale platí, že lze použít B; B vyžaduje zvláštní instalaci a dimenzování.

Jak zapojit chránič v jednofázové a třífázové síti?

U jednofázového zapojení je důležité správně dimenzovat počáteční a koncové vodiče a zajistit, aby N nebylo nesprávně propojeno s PE. U třífázového chrániče lze výstupní svorky ponechat s volitelným zapojením, ale je nutné dodržet funkční testovací tlačítko, které musí pracovat i v případě, že na výstupu jsou jen fázové vodiče. Vstupní svorky by měly být zapojeny všechny, aby byla zaručena správná funkce testovacího tlačítka a případné elektroniky chrániče.

Pokud má Wallbox integrovanou detekci pro odpojení vozidla při únikovém proudu (30 mA AC, 6 mA DC), není potřeba již vybavovat elektroinstalaci proudovým chráníčem typu B. Proudové chrániče typu B+ reagují na DC i AC reziduální proudy, ale jejich frekvenční charakteristika je upravena tak, že na vysokých frekvencích vypínají při nižších násobcích reziduálního proudu než B. Jsou tedy vhodné pro zajištění bezpečnosti i při vysokofrekvenčních složkách reziduálního proudu.

Co dělat, když proudový chránič „vypíná“ bez zjevného důvodu?

Jednou z nejčastějších chyb je nesprávné pospojování nulového vodiče a chybné prohození vodičů. Správné pospojování nulového vodiče musí být provedeno ve společném bodě před proudovými chrániči. Chrániče Minia umožňují opačné připojení, ale je nutné, aby byly opačně připojeny všechny vodiče proudového chrániče. Pokud nastane nevyvážený proud, například když dojde k poškození izolace, nebo je špatně zapojená střední izolace, chránič vyřadí obvod a může dojít k nepotřebnému vypnutí.

Další běžná situace je zapojení dvoužilové prodlužovačky, která propojuje PE a N, čímž dochází k výpadku chrániče. Správné řešení zahrnuje rozdělení obvodů do více proudových chráničů - například pro jednotlivá patra, koupelny, dílnu, kotelnu a venkovní obvody - a používání samostatných chráničů a jističů pro každou nabíjecí stanici.

Frekvenční a frekvenční specifika chráničů

V praxi mohou reziduální proudy obsahovat vysoké frekvence a dokonce DC složky. Obr. ukazující průběhy reziduálního proudu ilustruje, že zapojení chráničů typu AC s nevhodnou zátěží může být nebezpečné. Proto pro obvody s jednofázovými a třífázovými nabíječkami elektromobilů se často zvažuje použití typu B, případně kombinace s RDC-DD a dalším zabezpečením.

Pokud má nabíječka interní detekci DC 6 mA, lze zvažovat kombinaci typu A nebo F. Typ B je nutný, pokud nabíječka nemá takovou detekci a je potřeba zabezpečit reziduální DC proudy. Důležité však je, že obecně platí: chránič typu AC není vhodný pro obvody s DC složkou reziduálního proudu. Proto bývá doporučováno rozdělit instalaci a používat dané typy podle konkrétního zařízení a místních norem.

Dalšími obecnými zásadami pro bezpečnou instalaci jsou:

• Každá nabíjecí stanice musí být připojena přes samostatný proudový chránič (RCD) a jistič (MCB).
• V systému TT může být proudový chránič kritickou součástí ochrany při poruše, nikoliv pouze doplňkovou ochranou před úrazem elektrickým proudem.
• V systémech TN-C-S nebo PME vyžadují některé národní předpisy pro venkovní nabíjení elektromobilů ochranu proti přerušení vodiče PEN.

V praxi tedy vybíráme chránič podle konkrétního obvodu, typu nabíječky a lokálních předpisů. EFI eV RCCB představuje řešení, které kombinuje detekci DC reziduálního proudu a kompatibilitu s existující elektroinstalací, což usnadňuje implementaci v domácí síti bez nutnosti kompletní výměny rozváděče.

Co vzít v úvahu při návrhu a instalaci

Klíčovou otázkou není jen „Typ A nebo Typ B?“, ale jaký předřazený chránič vyhodnotí projekt a konkrétní nabíječka. Nabíječky elektromobilů obsahují výkonovou elektroniku a mohou generovat reziduální proudy, které obsahují složky DC; čeká-li na DC složku vysoké úrovně, může dojít k oslabení detekce AC. Proto je důležité zvážit RDC-DD a kompatibilitu s projektovaným rozvodem a výrobci nabíječky.

Instalační jistič (MCB) typu B nebo C chrání proti přetížení a zkratu. Proudový chránič (RCCB) chrání proti unikajícímu reziduálnímu proudu. Pokud chcete kombinovat ochrany, můžete použít RCBO, který kombinuje proudovou a nadproudovou ochranu. V praxi se často ukládá, že pro 7 kW jednofázovou nabíječku je běžný proud 32 A při 230 V, a třífázové nabíječky vyžadují čtyřpólovou ochranu a strategii reziduálního proudu pro zabezpečení proti DC úniku.

Podstatné je rozdělit instalaci a zvolit vhodné komponenty podle konkrétního projektu a lokalit. EFI eV a RDC-DD poskytují moderní řešení pro ochranu nabíjecích stanic a nabíječek elektromobilů, které minimalizuje riziko selhání v důsledku reziduálních proudů.

Praktické tabulky a porovnání

Celkově je důležité rozdělit obvody, pečlivě vybrat typ chrániče podle konkrétního obvodu a zohlednit detekci DC reziduálního proudu u nabíječek. Ne vždy platí, že “levnější” je lepší; spolehlivost a bezpečnost vyžadují správné dimenzování a kompatibilitu mezi wallboxem, chrániči a rozvodnou sítí.

tags: #zapojeni #proudoveho #chranice #elektromobil