В каждом доме есть устройства защитного отключения (УЗО) в блоке предохранителей. Этого требует законодательство, определяющее требования безопасности, хотя конечно все еще есть старые здания с обычными предохранителями и проводкой без заземляющего провода. В любом случае отсутствие УЗО становится исключением, так как этот элемент защищает людей от поражения током.
УЗО сравнивает, равен ли ток, протекающий из защищенной цепи через нейтральную линию (N), значению, протекающему через фазу L если человек коснулся провода L. Обычно УЗО размыкает цепь с током утечки 30 мА. Это значение было взято из-за того, что переменный ток сети более 50 мА становится потенциально смертельным. Статистика несчастных случаев показывает, насколько важна эффективная и современная электрическая установка для защиты жизни. Например в 1970 году было зарегистрировано более 250 смертей от поражения электрическим током, в 2018 году это число сократилось до 43 (данные по Германии).
Безопасность при зарядке электромобиля
Но перейдём к автомобилям. Большой технологический сдвиг в транспорте уже начался, и изменения предрешены: легковые автомобили с двигателями внутреннего сгорания будут заменены версиями с электрическим приводом. Чтобы сделать это возможным, необходимо создать зарядные станции для таких автомобилей в виде специализированных устройств, устанавливаемых возле дорог и в виде настенных боксов, устанавливаемых в гаражах например. Все больше людей желают покупать настенные зарядные устройства, потому что хочется заряжать свою машину оставив на ночь дома или во время работы на автостоянке. В результате общественные платные зарядные станции и связанные с ними расходы актуальны только для дальних поездок.
Многие зарядные устройства подчеркивают важность безопасности. В их цепях протекают огромные токи, а повреждение изоляции из-за высокого напряжения может вызвать высокие токи утечки, что не только влечет за собой возможность поражения человека и животных, но и создает опасность пожара.
Эта проблема решена в Европе стандартом IEC 62752: 2016. Встроенные в кабель устройства управления и защиты для зарядки электромобилей (ICCPD). Для зарядки в режиме 2 с помощью кабеля они требуют не только обнаружения и отключения источника питания в случае токов утечки переменного тока более 30 мА, но и токов утечки постоянного тока более 6 мА. Поскольку зарядные станции имеют встроенную защиту от тока утечки, как того требует стандарт, домашняя установка требует только использования недорогого УЗО типа А.
Для таких применений предназначен специализированный детектор тока утечки FG-R05-3A. Это первый из серии датчиков этого типа, который соответствует стандарту IEC 62752 и отличается компактной конструкцией, которая занимает очень мало места.
С января 2022 года будет применяться дополнительный стандарт, который будет определять зарядку транспортных средств в режиме 3 с помощью настенных зарядных устройств переменного тока – IEC 62955: 2018. Детектор остаточного тока постоянного тока (RDC-DD) для использования в режиме зарядки электромобиля 3. Стандарт изменит пороги срабатывания УЗО в связи с тем, что максимально возможный ток зарядки от таких настенных устройств будет превышать 100 А. Ток утечки постоянного тока останется на уровне 6 мА, но для переменного тока уровень активации увеличивается до 60 мА.
Датчики тока утечки с этими параметрами скоро будут доступны в продаже. Их номинальный ток достигнет 40 А для версий для трехфазных сетей и 80 А для однофазных. Это означает, что они подходят для зарядных станций до 22 кВт. Датчики также совместимы с предыдущими версиями для второго режима зарядки, как механически, так и электрически, что облегчает их применение и модернизацию.
Датчик состоит из катушки связи и ASIC, который содержит схемы оценки. Катушка припаяна к плате как элемент THT, что обеспечивает надежность и малые габариты. Зарядный кабель проходит через отверстие в корпусе датчика, что обеспечивает безопасное использование. В то же время катушка является элементом измерительного генератора, а отсутствие симметрии в токе протекающем по зарядному кабелю, приводит к отстройке встроенного на ней генератора от резонанса и падению амплитуды колебаний. Это падение обнаруживается детектором измерений в ASIC.
Таким образом можно определить не только значение тока утечки, но и его направление, что является очень ценной информацией для обслуживания и диагностики ошибок. На электросхему подается напряжение 5 В и выводится логическая единица, сигнализирующая о превышении порогового значения тока утечки переменного или постоянного тока. Этот выход легко подключается к контактору, и может быть реализовано автоматическое отключение зарядного кабеля.
Кроме того, датчик также имеет аналоговый выход на котором появляется сигнал напряжения пропорциональный току утечки постоянного тока. На него накладывается переменная составляющая эквивалентная току утечки переменного тока, так что контроллер заряда может контролировать оба тока утечки одновременно, используя среднее значение постоянного тока или отфильтрованную составляющую переменного тока. Благодаря этому можно реализовать прогностическую диагностику и, таким образом, обеспечить реакцию схемы управления до срабатывания сигнализации.
УЗО построенное на основе такого датчика не только отвечает требованиям мировых стандартов безопасности для зарядных станций для электромобилей, но также представляет собой компактное, интегрированное и перспективное решение проблемы контроля тока утечки в зарядных устройствах большой мощности.
