Ameerika standardse laadimisvaia sertifitseerimine (III) – vahelduvvooluvaiade konstruktsiooni üksikasjad (sisendliini esiosa ja väljundpüstoli pea)

Tootepõhimõtete seisukohast ei erine Ameerika standardsed vahelduvvoolu laadimisjaamad riiklikest ja Euroopa standarditest – mõlemad toimivad suurte elektrilülititena, mis juhivad vahelduvvoolu võrgust sõiduki sisseehitatud laadijasse (OBC), mis seejärel muundab vahelduvvoolu alalisvooluks aku laadimiseks.

Kuigi need on üldiselt samad, on paljudes detailides siiski olulisi erinevusi võrreldes riiklike ja Euroopa standarditega. Vastasel juhul oleks liiga mugav neid Ameerika Ühendriikides otse ilma igasuguste muudatusteta müüa.

(1)

Enne Põhja-Ameerika vahelduvvoolu laadimisjaamade sisendliinide arutamist tutvustame kõigepealt Ameerika Ühendriikide vahelduvvooluvõrgu pingesüsteemi.

Enamiku maailma riikide elektrivõrgud on sarnased Euroopa omadega (kolonialism ja sõda), see tähendab, et tavaline kodumajapidamise pinge on 220 V ~ 230 Vac 50 Hz ja tööstusliku kolmefaasilise pinge on 380 ~ 400 Vac 50 Hz. On ilmne, et tööstusliku elektri pinge on kolm korda suurem kui kodumajapidamise pinge juur – liinipinge ja faasipinge vahe.

Ameerika Ühendriikide pingesüsteem on ainulaadne, kusjuures kodumajapidamiste peamine pinge on 120 V / 240 V 60 Hz ja tööstuslikuks kasutamiseks mõeldud peamine pinge on 480 V / 277 Vac 60 Hz. Äri- või suure asustustihedusega elamutes kasutatav pinge on 120 V / 208 Vac 60 Hz, samas kui mõnedes suurtes rasketööstuse ettevõtetes on see 347 V / 600 Vac 60 Hz.

Kas teid üllatab ka see, miks Ameerika Ühendriikide pingesüsteem on nii kaootiline?

110 V pinge kasutamine sai alguse Edisonilt. Just Edison on tuntud lambipirni leiutamise poolest. Pärast mitmeid katseid ja võrdlusi leidis ta, et lambipirnil oli kõrgeim valgusviljakus ja pikim kasutusiga 110 V pinge korral. Nii tõi Edison 1882. aastal ametlikult turule 110 V alalisvoolu elektri Pearl Streeti elektrijaamas, mis oli esimene kaubanduslik alalisvooluelektrijaam Ameerika Ühendriikides.

Kuid me kõik teame, et alalisvoolul on suur puudus, milleks on suur soojuskadu pikamaaülekande ajal, mis raiskab palju elektrienergiat. Liigse energiakadu vältimiseks pikamaaülekande ajal võttis Nikola Tesla kasutusele oma vahelduvvoolusüsteemi. Kuigi vahelduvvool sai lõpuks alalisvoolust jagu, oli Ameerika kodudesse ja tehastesse sel ajal juba paigaldatud tuhandeid 110 V pingele mõeldud seadmeid ja aparaate.

Et hõlbustada sujuvat üleminekut vahelduvvoolu ajastule, tegi Tesla kompromissi: ta määras ka vahelduvvoolu kodumajapidamise pingeks 110 V. See mitte ainult ei kaitsnud olemasolevate kasutajate investeeringuid seadmetesse, vaid kõrvaldas ka avalikkuse hirmu kõrgepinge vahelduvvoolu ees (mida tol ajal laialdaselt peeti inimeste tervisele kahjulikumaks).

Seetõttu on 110 V vahelduvvoolu kasutuselevõtt Ameerika Ühendriikides 110 V alalisvoolu mahutamise tulemus.

Elektriajastu saabudes mõistsid insenerid järk-järgult, et võrreldes hilisema 220V/240V pinge kasutuselevõtuga Euroopas, kannatas 110V süsteem Ameerika Ühendriikides suure võimsusega elektrienergia edastamisel suuremaid kadusid ja vajas kuumenemise vältimiseks paksemaid vaskjuhtmeid. Kuid kui me uuendame süsteemi terviklikult 220V vahelduvvoolule, on hind liiga kõrge. Seadmed, pistikupesad, kaitsmed ja isegi kogu linna jaotusvõrk miljonites leibkondades üle Ameerika Ühendriikide on kõik projekteeritud 110V järgi.

Sel põhjusel on Ameerika Ühendriikide elektrotehnika insenerid leiutanud üliintelligentse „pinnasemeetodi“ – jagatud faasitehnoloogia.

Keskmise neutraaljuhtme ja faasijuhtme vahele tekib 110V/120V pinge, mis on spetsiaalselt loodud väikeste kodumasinate, näiteks mobiiltelefonide, telerite ja lambipirnide jaoks (ohutu ja mitte kuumaks puudutades).

Kui kaks pingestatud juhet kokku panna, muutuvad need koheselt 220 V/240 V pingeks, mis on spetsiaalselt loodud selliste „elektriliste tiigrite” jaoks nagu kliimaseadmed, elektrilised veesoojendid ja kuivatid (kõrge efektiivsuse ja väikese juhtmetarbimisega).

Olles aru saanud 120 V vahelduvvoolu ja 240 V vahelduvvoolu päritolust, on ka 208 V vahelduvvoolu päritolu lihtne mõista. 208 V on 120 V liinipinge (kolm korda pinge juur).

(II)

Pärast Ameerika Ühendriikide pingesüsteemi mõistmist vaatame nüüd Ameerika vahelduvvoolupinge sisendpinget.

Ameerika Ühendriikides kasutatakse tavaliste vahelduvvoolu laadimisjaamade jaoks kolme tüüpi pinget: 120 V, 208 V ja 240 V vahelduvvool. Põhimõtteliselt põhineb laadimisjaamade reklaamimine nende toetatavatel pingevahemikel: 110–120 V vahelduvvool või 200 V–240 V vahelduvvool.

Tuleb märkida, et 208 V sisendiga laadimisjaam on samuti ühefaasiline, mitte 16 kW või 22 kW, nagu meie seda mõistame, sarnaselt Euroopa kolmefaasilisele viiejuhtmelisele laadimisjaamale. Siiski on Ameerika Ühendriikides väga vähe kolmefaasilise sisendiga laadimisjaamu, mida oleks turul otsitud, kuid pole veel leitud.

Nende hulgas on 110–120 Vac tavaline pistikühendus, mis toetab maksimaalselt 16 A voolutugevust.

200 V ~ 240 V vahelduvvoolu (208 V või 240 V vahelduvvoolu) sisendiga vahelduvvoolu laadimisjaamade puhul võib sisendliini esiosa olla pistiku või kaabliklemm. Ameerika Ühendriikides peab 240 V vahelduvvoolu sisendiga „kõrgepinge” pistikupesa (mis koosneb neljast juhtmest: kahest faasijuhtmest, ühest neutraaljuhtmest ja ühest maandusjuhtmest) paigaldama professionaalne elektrik.

Muide, 240V AC laadimisjaama sisendpistiku ühendamiseks mõeldud pistikupesa peab vastama NEMA14-50 nõuetele. Selle maksimaalne kandevool on 50A. Ameerika elektripaigaldise standardi NFPA 70 nõuete kohaselt ei tohiks elektriseadmete kasutatav maksimaalne voolutugevus ületada 80% pistikupesa nimivoolust. Seega võib 240V sisendiga vahelduvvoolu laadimisjaama maksimaalne voolutugevus pistikuga ulatuda vaid 40A-ni ja võimsusega 9,6kW.

(3)

Pärast Ameerika standardse vahelduvvoolu laadimisjaama sisendpoolele esitatavate nõuete arutamist jätame kesta vahele ja vaatame otse väljundpoolt.

Sideseadme laadimisjaama väljundpool on väga lihtne, vaja läheb vaid relvahoidjat ja relvahoidjaga sobivat relvakaablit.

Kui sirvida Ameerika Ühendriikide sidejaama veebisaiti, leiab, et igal laadimisjaamal on kahte tüüpi laadimispesasid: TYPE1 liides, mis vastab standardile SAE J1772, ja NACS liides, mis vastab standardile Tesla SAE J3400.

Kahe liidesega püstolipea ja püstolihoidiku täpsema struktuuri ja suuruse üksikasjad leiate vastavatest standarditest.

Sisemiselt pole Tesla NACS-liidese ja SAE J 1772 TYPE1 liidese vahel mingit vahet, mõlemad koosnevad viiest juhtmest – L/N/PE/CP/PP. Muidugi on Tesla disain väga nutikas, kuna nii alalis- kui ka vahelduvvoolu liidesed on samad.

Põhja-Ameerika sidemassi turu osas on väljundlaadimisliides minemas vanamoodsalt TYPE1 liideselt NACS liidesele ning üha rohkem autosid valib tulevikus Tesla liideste toetamise. Varased TYPE1 liidestega varustatud vahelduvvoolu laadimisjaamad ei suutnud uusi NACS-liideseid laadida.

Muidugi pole vaja liiga palju muretseda, turul on palju adaptereid, mis teid aidata võivad.

Püstolipea adapterid on Euroopa standardis IEC 61851-1:2017 rangelt keelatud, kuid Ameerika Ühendriikide standardis UL 2594 selliseid klausleid ei leidu. See pole seadusega keelatud, lihtsalt kasutage seda otse.

See on kõik Ameerika standardse vahelduvvoolu laadimisjaama sisend- ja väljundpoolte kohta. Järgmises artiklis jagame „korpuse” disaini üksikasju.