O que é proteção contra surtos para carregadores EV?
Na sociedade atual, com a rápida popularização dos veículos elétricos (VEs), o número de Carregadores EV, uma infraestrutura de suporte essencial, continua a crescer. No entanto, durante a operação, os carregadores de EV enfrentam muitos riscos elétricos potenciais, entre os quais eventos de surto são particularmente proeminentes. Surtos, também conhecidos como sobretensão transitória e sobrecorrente, podem ser causados por indução de raios, operações de comutação da rede elétrica ou eventos de início / parada de carga, representando sérias ameaças para Carregadores EV Portanto, a instalação e aplicação de dispositivos de proteção contra surtos (SPDs) são de vital importância para garantir a operação segura e estável dos sistemas de carregamento de veículos elétricos.
Seja um carregador AC residencial ou um carregador rápido DC comercial, os carregadores EV são normalmente implantados ao ar livre e devem permanecer continuamente conectados à rede elétrica durante a operação. Isso os torna particularmente vulneráveis a eventos de surto. Quando ocorre um surto, a sobretensão transitória pode exceder em muito os limites de design do carregador EV, desencadeando uma série de problemas.
Pequenos surtos podem levar a um desempenho degradado ou envelhecimento acelerado dos componentes. Por exemplo, a eficiência de carregamento pode diminuir, o tempo de carregamento pode aumentar ou as funções de comunicação podem funcionar mal, impedindo a troca normal de informações entre o carregador EV e o veículo elétrico ou outros dispositivos. Surtos graves, no entanto, podem causar falha completa do equipamento e até danificar outros circuitos e dispositivos conectados. Por exemplo, placas de circuito impresso (PCBs) dentro do carregador EV podem ser queimadas, materiais de isolamento podem ser perfurados e curtos-circuitos ou incêndios podem ocorrer. Isso não apenas danifica o próprio carregador EV, mas também pode colocar em perigo as instalações e o pessoal circundantes. Além disso, as correntes de falha podem fluir de volta através da saída DC para a bateria EV, causando falha da bateria e afetando a operação e segurança normais do veículo.
Dados os graves riscos que os surtos representam para os carregadores de EV, a proteção contra surtos adequada para carregadores de EV não é apenas crítica para evitar danos ao equipamento e estender a vida útil, mas também uma medida fundamental para garantir a segurança geral e a estabilidade do sistema de carregamento. Do ponto de vista das normas e regulamentações da indústria, a proteção contra surtos para carregadores de EV ganhou amplo reconhecimento global e se tornou um requisito obrigatório em muitas regiões.
Por exemplo, a IEC 61643-11 é um padrão adotado globalmente para SPDs em sistemas de distribuição de baixa tensão. Ele especifica o desempenho e os métodos de teste para dispositivos de proteção contra surtos usados em equipamentos de fornecimento de veículos elétricos (EVSE). UL 1449 (5ª Edição) é o padrão para o mercado norte-americano, definindo requisitos relevantes para SPDs usados em carregadores de EV. Na China, GB / T 34120-2017, como padrão nacional para carregamento de equipamentos, exige que os carregadores de EV sejam equipados com pelo menos proteção contra surtos do Tipo II. Além disso, o Regulamento R10 da Comissão Econômica das Nações Unidas para a Europa (UNECE) (Revisão 4) é um regulamento automotivo internacional que exige que os carregadores de bordo (OBCs) passem por surtos atmosféricos e testes de transiente / explosão rápidos elétricos para garantir compatibilidade eletromagnética (EMC) e proteção contra sobretensão. Esses padrões enfatizam consistentemente que a proteção contra surtos é um elemento central do design de segurança do carregador EV e um pré-requisito fundamental para uma instalação compatível e segurança do usuário.
Na prática, nem todos os modelos de carregadores de EV estão equipados com módulos integrados de proteção contra surtos. Muitos usuários sensíveis ao custo, ao selecionar carregadores de EV residenciais, podem encontrar produtos no mercado que fornecem apenas designs básicos de circuito sem dispositivos de proteção contra surtos (SPDs) dedicados ou mecanismos de proteção contra sobretensão claramente definidos. Algumas marcas sofisticadas podem integrar componentes básicos de supressão de surtos dentro do carregador de EV, mas seu desempenho é frequentemente limitado por restrições de custo e espaço interno.
Portanto, tanto os consumidores quanto os engenheiros devem verificar proativamente se os produtos possuem certificações eficazes de proteção contra surtos (como IEC ou UL) e dar prioridade às marcas que passaram nos padrões de teste internacionais. Mesmo quando um carregador EV inclui proteção contra surtos embutida, sua capacidade geralmente é bastante básica. SPDs embutidos em carregadores EV geralmente têm pequena capacidade e só podem lidar com pequenos surtos. Eles funcionam de forma mais eficaz como parte de um sistema de proteção contra surtos multinível quando coordenados com medidas de proteção externa a montante mais fortes. Sem proteção externa, os SPDs embutidos provavelmente falharão quando expostos a raios severos ou flutuações significativas da rede elétrica.
Para proteger efetivamente os carregadores de EV e equipamentos conectados contra danos causados por surtos, a indústria recomenda amplamente um design de proteção contra surtos em camadas. Essa abordagem inclui a instalação de um protetor contra surtos de todo o edifício na placa de distribuição principal como a barreira primária, junto com SPDs embutidos no carregador de EV como a linha final de defesa no nível do equipamento. Por meio de proteção contra surtos interna e externa coordenada, surtos de intensidades variadas podem ser dissipados de forma eficaz, coordenação de tensão adequada entre os níveis de proteção pode ser alcançada e confiabilidade geral e vida útil podem ser significativamente melhoradas.
É altamente recomendável instalar um dispositivo de proteção contra surtos (SPD) Tipo 1 ou Tipo 1 + 2 no painel de distribuição principal. Este SPD externo pode lidar com correntes atmosféricas mais altas e energia de surto na rede elétrica, servindo como a primeira linha de defesa. Ele absorve efetivamente a maioria dos surtos de alta energia, protegendo assim todo o sistema elétrico e todos os equipamentos conectados. Ao selecionar um SPD externo, parâmetros como tensão nominal, corrente nominal e nível de proteção devem ser considerados para garantir a compatibilidade com as características elétricas do carregador EV e adequação às condições da rede local.
Dispositivos dedicados de proteção contra raios e surtos para carregadores EV são usados principalmente para proteger o equipamento de carregamento e os veículos elétricos de descargas atmosféricas e picos de energia na rede. Ao selecionar esses dispositivos, é essencial primeiro entender a tensão nominal, a corrente nominal e a frequência de operação do carregador EV, a fim de escolher um protetor contra surtos que atenda aos requisitos do carregador. Os carregadores EV são geralmente divididos em carregadores DC EV e carregadores AC EV, e diferentes tipos podem exigir diferentes dispositivos de proteção contra surtos.
Para carregadores DC EV, devido à sua tensão de operação mais alta, normalmente variando de 200 V a 1000 V CC, devem ser selecionados dispositivos de proteção contra surtos CC capazes de suportar alta tensão. Recomenda-se o uso de SPDs DC de alto grau com níveis de proteção de 60 kA ou superiores, garantindo proteção eficaz contra raios durante o carregamento rápido e evitando danos ao carregador EV e ao veículo elétrico. Para carregadores AC EV, que operam em tensões mais baixas, geralmente 220 V ou 380 V AC, devem ser selecionados SPDs adequados para sistemas de energia CA. SPDs AC de baixo grau com níveis de proteção de 20 kA ou 30 kA são normalmente suficientes para atender aos requisitos de proteção contra raios.
Durante a instalação de protetores contra surtos dedicados para carregadores EV, o nível de proteção deve ser selecionado com base no ambiente do carregador EV e nas condições atmosféricas circundantes. Geralmente, para equipamentos críticos, como carregadores EV, níveis de proteção mais altos são recomendados para garantir uma operação segura. O layout adequado dos protetores contra surtos também é essencial para garantir a cobertura de equipamentos e circuitos críticos, minimizando o comprimento das conexões elétricas para reduzir o impacto de raios. Além disso, a escolha de marcas confiáveis de proteção contra surtos é crucial para garantir a qualidade e o desempenho do produto em conformidade com as normas relevantes.
Quando ocorre indução de raios ou flutuações na rede elétrica, as linhas de alimentação de energia podem experimentar sobretensões transitórias que excedem em muito a tolerância do equipamento, muitas vezes atingindo vários quilovolts. Os protetores de sobretensão do carregador EV equipados com funcionalidade SPD, que normalmente permanecem em um estado de alta impedância, se tornarão imediatamente condutores e desviarão com segurança o excesso de corrente para o solo por meio de condutores de aterramento dedicados, protegendo assim o equipamento. Sem proteção SPD, toda a energia de sobretensão seria injetada diretamente nos componentes de energia internos do carregador EV (como módulos GBIT e placas de controle), resultando em danos irreversíveis.
Com a ampla adoção de veículos elétricos, a segurança e a confiabilidade dos carregadores EV tornaram-se um grande foco de atenção. A proteção contra surtos, como uma medida crítica para garantir a operação segura de carregadores EV, é inegavelmente importante. Ao compreender os perigos que os surtos representam para os carregadores EV, a importância e o reconhecimento da indústria da proteção contra surtos, o status atual e a seleção de soluções de proteção contra surtos, as estratégias de implementação para proteção contra surtos e os princípios de funcionamento dos SPDs, podemos apreciar melhor a necessidade de instalar dispositivos de proteção contra surtos apropriados em sistemas de carregadores EV.
Seja do ponto de vista da segurança do equipamento, vida útil estendida, estabilidade geral do sistema ou segurança do usuário, a proteção contra surtos desempenha um papel indispensável. Portanto, fabricantes de carregadores EV, instaladores e usuários devem dar forte ênfase à proteção contra surtos, selecionar dispositivos de proteção contra surtos apropriados.
