Amerikai szabvány szerinti töltőoszlop-tanúsítvány (III) – AC-oszlopok tervezési részletei (a bemeneti vezeték eleje és a kimeneti pisztolyfej)

A termékelvek szempontjából az amerikai szabványos váltakozó áramú töltőállomások nem különböznek a nemzeti és európai szabványoktól – mindkettő nagy elektromos kapcsolóként szolgál, amelyek a hálózatból a jármű fedélzeti töltőjébe (OBC) vezetik a váltakozó áramot, amely ezután a váltakozó áramot egyenárammá alakítja az akkumulátor töltéséhez.

Bár általánosságban megegyeznek, számos részletben jelentős eltérések vannak a nemzeti és az európai szabványokhoz képest. Ellenkező esetben túl kényelmes lenne közvetlenül az Egyesült Államokban értékesíteni őket módosítások nélkül.

(1)

Mielőtt rátérnénk az észak-amerikai váltakozó áramú töltőállomások bemeneti vezetékeinek megvitatására, először ismerkedjünk meg az Egyesült Államok váltakozó áramú hálózatának feszültségrendszerével.

A világ legtöbb országának elektromos hálózata az európai rendszerekhez igazodik (gyarmatosítás és háború), azaz a normál háztartási feszültség 220V~230Vac 50Hz, az ipari háromfázisú feszültség pedig 380~400Vac 50Hz. Nyilvánvaló, hogy az ipari villamos energia feszültsége a háztartási feszültség gyökerének háromszorosa – a hálózati feszültség és a fázisfeszültség közötti különbség.

Az Egyesült Államok feszültségrendszere egyedülálló, a háztartásokban a fő feszültség 120V/240V 60Hz, az ipari használatra szánt fő feszültség pedig 480V/277V AC 60Hz. A kereskedelmi vagy nagy sűrűségű lakossági célokra használt feszültség 120V/208V AC 60Hz, míg egyes nagy nehézipari vállalatoknál 347/600V AC 60Hz.

Te is meglepődsz, hogy miért olyan kaotikus az Egyesült Államok feszültségrendszere?

A 110 V-os feszültség használata Edisontól származik. Edison az, aki közismert a villanykörte feltalálójaként. Több kísérlet és összehasonlítás után megállapította, hogy a villanykörte 110 V feszültségen rendelkezett a legnagyobb fényhasznosítással és a leghosszabb élettartammal. Így 1882-ben Edison hivatalosan is bevezette a 110 V-os egyenáramot a piacra a Pearl Street Erőműben, az Egyesült Államok első kereskedelmi egyenáramú erőművében.

De mindannyian tudjuk, hogy az egyenáramnak van egy jelentős hátránya, mégpedig a nagy távolságú átvitel során bekövetkező jelentős hőveszteség, ami rengeteg elektromos energiát pazarol. A nagy távolságú átvitel során bekövetkező túlzott energiaveszteség elkerülése érdekében Nikola Tesla bevezette váltakozó áramú (AC) rendszerét. Bár a váltakozó áram végül legyőzte az egyenáramot, akkoriban már több ezer, 110 V-ra szánt készüléket és eszközt szereltek be az amerikai háztartásokba és gyárakba.

A váltakozó áram korszakába való zökkenőmentes átmenet megkönnyítése érdekében Tesla kompromisszumot kötött: a váltakozó áram háztartási feszültségét is 110 V-ra állította be. Ez nemcsak a meglévő felhasználók berendezésberuházásait védte, hanem kiküszöbölte a lakosság félelmét a nagyfeszültségű váltakozó áramtól (amelyről akkoriban széles körben úgy vélték, hogy károsabb az emberi egészségre).

Ezért a 110 V-os váltóáram bevezetése az Egyesült Államokban a 110 V-os egyenáramú áram befogadásának eredménye.

Az elektromos korszak beköszöntével a mérnökök fokozatosan felismerték, hogy a későbbi, Európában elterjedt 220V/240V-os feszültséghez képest az Egyesült Államokban a 110V-os rendszer nagyobb veszteségeket szenvedett el a nagy teljesítményű villamos energia továbbításakor, és vastagabb rézvezetékekre volt szükség a felmelegedés elkerülése érdekében. De ha átfogóan 220V AC-re váltunk, a költségek túl magasak lesznek. A készülékek, konnektorok, biztosítékok, sőt még az Egyesült Államokban élő több millió háztartásban található teljes városi elosztóhálózat is mind 110V szerint van tervezve.

Emiatt az Egyesült Államok villamosmérnökei feltaláltak egy rendkívül intelligens „talajmódszert” – az osztott fázisú technológiát.

Az élő vezeték és a középen lévő nullavezető között 110V/120V feszültség alakul ki, amelyet kifejezetten kisebb háztartási készülékekhez, például mobiltelefonokhoz, televíziókhoz és izzókhoz terveztek (biztonságos és nem forró tapintású).

Amikor két élő vezetéket egymásra halmoznak, azonnal 220V/240V feszültséggé alakulnak, amelyet kifejezetten az olyan „elektromos tigrisekhez” terveztek, mint a légkondicionálók, elektromos vízmelegítők és szárítógépek (nagy hatékonysággal és alacsony vezetékfogyasztással).

Miután megértettük a 120 Vac és a 240 Vac eredetét, a 208 Vac eredete is könnyen érthetővé vált. A 208 V a 120 V hálózati feszültsége (a gyök háromszorosa).

(II)

Miután megértettük az Egyesült Államok feszültségrendszerét, nézzük meg az amerikai váltakozó áramú oszlop bemeneti feszültségét.

Az Egyesült Államokban háromféle feszültségtípust használnak a hagyományos AC töltőállomásokon, nevezetesen 120 V, 208 V és 240 V. A töltőállomásokat üzemeltető cégek promóciója alapvetően az általuk támogatott feszültségsávokon alapul, 110~120 V vagy 200 V~240 V.

Meg kell jegyezni, hogy a 208 V-os bemenetű töltőállomás is egyfázisú, nem pedig 16 kW-os vagy 22 kW-os, ahogy mi értelmezzük, az európai háromfázisú, ötvezetékes bemenetű töltőállomásokhoz hasonlóan. Az Egyesült Államokban azonban nagyon kevés olyan háromfázisú bemenetű töltőállomás van, amelyet a piacon kerestek, de még nem találtak meg.

Közülük a 110~120Vac egy hagyományos dugaszoló csatlakozás, amely maximum 16A áramfelvételt tud támogatni.

200V~240Vac (208Vac vagy 240Vac) bemenetű váltakozó áramú töltőállomások esetén a bemeneti vonal elülső vége lehet dugó vagy kábelcsatlakozó. Az Egyesült Államokban a 240Vac bemenetű „nagyfeszültségű” aljzatot (amely négy vezetékből áll: két fázisvezető, egy nullavezető és egy földelővezeték) szakképzett villanyszerelőnek kell beszerelnie.

Egyébként a 240 V-os AC töltőállomás bemeneti csatlakozójának csatlakoztatására szolgáló aljzatnak meg kell felelnie a NEMA14-50 szabvány követelményeinek. A maximális áramerőssége 50 A. Az NFPA 70 amerikai villamos telepítési szabvány követelményei szerint az elektromos készülékek által használt maximális áram nem haladhatja meg a névleges aljzat 80%-át. Tehát egy 240 V-os bemeneti AC töltőállomás csatlakozódugóval ellátott maximális árama elérheti a 40 A-t, 9,6 kW teljesítmény mellett.

(3)

Miután megvitattuk az amerikai szabványú váltakozó áramú töltőállomás bemeneti oldalára vonatkozó követelményeket, hagyjuk ki a héjat, és nézzük közvetlenül a kimeneti oldalt.

A kommunikációs töltőállomás kimeneti oldala nagyon egyszerű, csak a pisztolytartó és a pisztolytartóhoz illeszkedő pisztolykábel.

Ha böngészi az Egyesült Államokbeli kommunikációs állomások weboldalát, azt fogja tapasztalni, hogy minden töltőállomás kétféle töltőaljzatot kínál, nevezetesen a SAE J1772 szabványnak megfelelő TYPE1 interfészt és a Tesla SAE J3400 szabványnak megfelelő NACS interfészt.

A két csatlakozófelülettel rendelkező pisztolyfej és pisztolytartó konkrét szerkezeti és méretadatai a megfelelő szabványokban találhatók.

Belsőleg nincs különbség a Tesla NACS interfésze és a SAE J 1772 TYPE1 interfésze között, mindkettő öt vezetékből áll – L/N/PE/CP/PP. Természetesen a Tesla tervezése nagyon okos, mivel mind az egyenáramú, mind az váltakozó áramú interfészek ugyanazt a készletet alkotják.

Az észak-amerikai kommunikációs töltőállomások piacát tekintve a kimeneti töltőinterfész a régimódi TYPE1 interfészről az NACS interfészre vált, és egyre több autó választja majd a Tesla interfészek támogatását a jövőben. A korai, TYPE1 interfészekkel felszerelt AC töltőállomások nem tudták tölteni az új NACS-t.

Természetesen nem kell túlságosan aggódni, rengeteg adapter kapható a piacon, amelyek segíthetnek.

A pisztolyfej-adapterek használata szigorúan tiltott az IEC 61851-1:2017 európai szabvány szerint, de az Egyesült Államokban az UL 2594 szabványban ilyen záradékok nem találhatók. Nem törvényileg tiltott, csak közvetlenül használható.

Ennyi az amerikai szabványú AC töltőállomás bemeneti és kimeneti oldaláról. A következő cikkben megosztjuk a „ház” tervezési részleteit.