Vottun bandarískra staðlaðra hleðslustaura (III) – Hönnunarupplýsingar um riðstraumsstaura (framhlið inntaksleiðslu og úttaksbyssuhauss)

Frá sjónarhóli vörureglunnar eru bandarískir staðlaðir riðstraumshleðslustöðvar ekki frábrugðnar innlendum og evrópskum stöðlum – þær þjóna báðar sem stórir rafmagnsrofar sem leiða riðstraum frá raforkukerfinu að hleðslutækinu um borð í ökutækinu, sem síðan breytir riðstraumi í jafnstraum til að hlaða rafhlöðuna.

Þótt þær séu almennt eins, þá er samt sem áður verulegur munur á mörgum smáatriðum samanborið við innlenda og evrópska staðla. Annars væri of þægilegt að selja þær beint í Bandaríkjunum án nokkurra breytinga.

(1)

Áður en við ræðum um inntakslínur riðstraumshleðslustöðva í Norður-Ameríku skulum við fyrst kynna spennukerfi riðstraumsnetsins í Bandaríkjunum.

Rafkerfi flestra landa heims eru í samræmi við evrópsk rafkerfi (nýlendutími og stríð), þ.e. venjuleg heimilisspenna er 220V~230Vac 50Hz og þriggja fasa iðnaðarspenna er 380~400Vac 50Hz. Það er augljóst að spenna iðnaðarrafmagns er þrefalt meiri en rót heimilisspennunnar – sem er munurinn á línuspennu og fasaspennu.

Spennukerfið í Bandaríkjunum er einstakt, þar sem almenn heimilisspenna er 120V/240V 60Hz og almenn iðnaðarspenna er 480V/277Vac 60Hz fyrir iðnaðarnotkun. Spennan sem notuð er fyrir atvinnuhúsnæði eða íbúðarhúsnæði með mikilli þéttleika er 120V/208Vac 60Hz, en fyrir sumar stórar þungaiðndir er hún 347/600Vac 60Hz.

Ertu líka hissa á því að spennukerfið í Bandaríkjunum er svona óreiðukennt.

Notkun 110V spennu á rætur að rekja til Edisons. Það er Edison sem er þekktur fyrir að hafa fundið upp ljósaperuna. Eftir fjölmargar tilraunir og samanburði komst hann að því að ljósaperan hafði mesta ljósnýtni og lengsta endingartíma þegar spennan var 110V. Því kynnti Edison formlega 110V jafnstraumsrafmagn á markaðinn árið 1882 í Pearl Street Power Station, fyrstu viðskiptalegu jafnstraumsorkuverinu í Bandaríkjunum.

En við vitum öll að jafnstraumur hefur sinn stóra galla, sem er mikill varmatap við langdrægar sendingar, sem sóar mikilli raforku. Til að forðast óhóflegt orkutap við langdrægar sendingar kynnti Nikola Tesla riðstraumskerfi sitt (AC). Þó að riðstraumur hafi að lokum sigrað jafnstrauminn, höfðu þúsundir tækja og tækja sem eingöngu voru ætluð 110V þegar verið sett upp í bandarískum heimilum og verksmiðjum á þeim tíma.

Til að auðvelda greiða umskipti yfir í öld riðstraums gerði Tesla málamiðlun: hann stillti einnig riðstraumsspennuna á heimilinu á 110V. Þetta verndaði ekki aðeins fjárfestingu núverandi notenda í búnaði heldur útrýmdi einnig ótta almennings við háspennu riðstraum (sem var almennt talið skaðlegra heilsu manna á þeim tíma).

Þess vegna er upptaka 110V riðstraums í Bandaríkjunum afleiðing af því að koma til móts við 110V jafnstraum.

Með tilkomu rafmagnsaldarinnar gerðu verkfræðingar sér smám saman grein fyrir því að samanborið við síðari upptöku 220V/240V spennu í Evrópu, þá varð 110V kerfið í Bandaríkjunum fyrir meiri tapi við flutning á háaflsrafmagni og þurfti þykkari koparvíra til að forðast hitun. En ef við uppfærum í heild sinni í 220Vac, þá verður kostnaðurinn of hár. Tæki, innstungur, öryggi og jafnvel allt dreifikerfi borgarinnar í milljónum heimila um öll Bandaríkin eru öll hönnuð samkvæmt 110V.

Af þessari ástæðu hafa rafmagnsverkfræðingar í Bandaríkjunum fundið upp mjög snjalla „jarðvegsaðferð“ – Split phase tækni.

Milli spennuleiðarans og núllleiðarans í miðjunni myndast 110V/120V spenna, sérstaklega hönnuð fyrir lítil heimilistæki eins og farsíma, sjónvörp og ljósaperur (örugg og ekki heit viðkomu).

Þegar tveir spennuþræðir eru staflaðir saman breytast þeir samstundis í 220V/240V, sem er sérstaklega hannað fyrir „rafmagnstígris“ eins og loftkælingar, rafmagnsvatnshitara og þurrkara (með mikilli afköstum og lágri víranotkun).

Þegar maður skilur uppruna 120Vac og 240Vac er uppruni 208Vac einnig auðskilinn. 208V er línuspenna 120V (þrefalt meiri en rótin).

(II)

Eftir að hafa skilið spennukerfið í Bandaríkjunum, skulum við nú skoða inntaksspennu bandaríska riðstraumsstöngarinnar.

Það eru þrjár gerðir af spennu fyrir venjulegar riðstraumshleðslustöðvar sem notaðar eru í Bandaríkjunum, þ.e. 120V, 208V og 240Vac. Í grundvallaratriðum mun kynning á hleðslustöðvum byggjast á þeim spennuböndum sem þau styðja, 110~120Vac eða 200V~240Vac.

Það skal tekið fram að hleðslustöðin með 208V inntaki er einnig einfasa inntak, ekki 16kw eða 22kw eins og við skiljum hana sem svipaða og evrópskar þriggja fasa fimm víra inntaksstöðvar. Hins vegar eru mjög fáar þriggja fasa hleðslustöðvar í Bandaríkjunum sem hafa verið leitaðar á markaðnum en ekki fundnar ennþá.

Meðal þeirra er 110~120Vac venjuleg tengitenging sem getur stutt hámarksstrauminntak upp á 16A.

Fyrir AC hleðslustöðvar með 200V~240Vac (208Vac eða 240Vac) inntaki getur framhlið inntakslínunnar verið í formi kló eða kapaltengingar. „Háspennutengillinn“ með 240Vac inntaki í Bandaríkjunum (sem samanstendur af fjórum vírum: tveimur lifandi vírum, einum núllvír og einum jarðvír) þarf að vera útbúinn af fagmanni í rafvirkjakerfinu.

Til upplýsingar, innstungan fyrir tengingu við inntakstengi 240Vac AC hleðslustöðvarinnar ætti að uppfylla kröfur NEMA14-50. Hámarksstraumur hennar er 50A. Samkvæmt kröfum bandaríska rafmagnsstaðalsins NFPA 70, má hámarksstraumur sem raftæki nota ekki fara yfir 80% af máltengdum innstungum. Þannig getur hámarksstraumur 240V AC hleðslustöðvar með innstungu aðeins náð 40A, með afli upp á 9,6kW.

(3)

Eftir að hafa rætt kröfur um inntakshlið bandarískrar staðlaðrar AC hleðslustöðvar, skulum við sleppa skelinni og skoða beint úttakshliðina.

Útgangshlið samskiptahleðslustöðvarinnar er mjög einföld, bara byssuhaldarinn og byssusnúran sem passar við byssuhaldarann.

Ef þú skoðar vefsíðu samskiptastöðvanna í Bandaríkjunum muntu sjá að allar hleðslustöðvar bjóða upp á tvær gerðir af byssuinnstungum, þ.e. TYPE1 tengi sem uppfyllir SAE J1772 og NACS tengi sem uppfyllir Tesla SAE J3400.

Nánari upplýsingar um uppbyggingu og stærð byssuhaussins og byssuhaldarans með tveimur tengiflötum er að finna í samsvarandi stöðlum.

Innvortis er enginn munur á NACS viðmóti Tesla og TYPE1 viðmóti SAE J 1772, sem bæði samanstanda af fimm vírum – L/N/PE/CP/PP. Hönnun Tesla er auðvitað mjög snjöll, þar sem bæði jafnstraums- og riðstraumsviðmót eru þau sömu.

Hvað varðar markaðinn fyrir samskiptatölvur í Norður-Ameríku, þá er úttakshleðsluviðmótið að færast frá gamaldags TYPE1 viðmóti yfir í NACS viðmót, og fleiri og fleiri bílar munu velja að styðja Tesla viðmót í framtíðinni. Snemma AC hleðslustöðvar sem voru búnar TYPE1 viðmótum gátu ekki hlaðið nýja NACS.

Auðvitað er engin ástæða til að hafa of miklar áhyggjur, það eru til fullt af millistykki á markaðnum sem geta hjálpað þér.

Millistykki fyrir byssuhausa eru stranglega bönnuð samkvæmt evrópska staðlinum IEC 61851-1:2017, en slíkar ákvæði er ekki að finna í UL 2594 í Bandaríkjunum. Það er ekki bannað samkvæmt lögum, bara nota það beint.

Þetta er allt og sumt um inntaks- og úttakshliðina á bandarískri stöðluðu AC hleðslustöð. Í næstu grein munum við deila hönnunarupplýsingum „hússins“.