הסמכת עמודי טעינה לתקן אמריקאי (III) - פרטי תכנון של עמודי AC (הקצה הקדמי של קו הקלט וראש תותח הפלט)

מנקודת מבט של עקרונות המוצר, עמדות טעינה AC בתקן אמריקאי אינן שונות מהתקנים הלאומיים והאירופאיים - שתיהן משמשות כמתגים חשמליים גדולים, המוליכים מתח AC מהרשת למטען המובנה (OBC) ברכב, אשר לאחר מכן ממיר מתח AC למתח DC כדי לטעון את סוללת החשמל.

למרות שהם זהים באופן כללי, עדיין ישנם הבדלים משמעותיים בפרטים רבים בהשוואה לתקנים הלאומיים והאירופאיים. אחרת, יהיה נוח מדי למכור אותם ישירות בארצות הברית ללא כל שינוי.

(1)

לפני שנדון בקווי הקלט של תחנות טעינה AC בצפון אמריקה, הבה נציג תחילה את מערכת המתח של רשת החשמל AC בארצות הברית.

מערכות רשת החשמל של רוב מדינות העולם תואמות לאלו של אירופה (קולוניאליזם ומלחמה), כלומר, המתח הביתי הרגיל הוא 220V~230Vac 50Hz, והמתח התלת-פאזי התעשייתי הוא 380~400Vac 50Hz. ברור שמתח החשמל התעשייתי הוא פי שלושה משורש המתח הביתי - ההפרש בין מתח הקו למתח הפאזה.

מערכת המתח בארצות הברית היא ייחודית, כאשר המתח הביתי המרכזי הוא 120V/240V 60Hz והמתח התעשייתי המרכזי הוא 480V/277Vac 60Hz לשימוש תעשייתי. המתח המשמש למטרות מסחריות או מגורים בצפיפות גבוהה הוא 120V/208Vac 60Hz, בעוד שבחלק מהתעשיות הכבדות הגדולות הוא 347/600Vac 60Hz.

האם גם אתם מופתעים מדוע מערכת המתח בארצות הברית כל כך כאוטית.

השימוש במתח 110V מקורו באדיסון. זהו אדיסון, הידוע בהמצאת נורת החשמל. לאחר ניסויים והשוואות מרובות, הוא גילה שלנורה יש את יעילות האור הגבוהה ביותר ואת חיי השירות הארוכים ביותר כאשר המתח היה 110V. לכן, בשנת 1882, אדיסון הציג רשמית חשמל DC של 110V לשוק בתחנת הכוח פרל סטריט, תחנת הכוח המסחרית הראשונה בארצות הברית.

אבל כולנו יודעים שלזרם ישר יש חיסרון עיקרי, והוא אובדן חום חמור במהלך העברה למרחקים ארוכים, אשר מבזבז אנרגיה חשמלית רבה. על מנת למנוע אובדן אנרגיה מוגזם במהלך העברה למרחקים ארוכים, ניקולה טסלה הציג את מערכת הזרם החילופין (AC) שלו. למרות שזרם חילופין בסופו של דבר ניצח את הזרם הישיר, אלפי מכשירים ומכשירים ייעודיים ל-110 וולט כבר הותקנו במשקי בית ובמפעלים אמריקאיים באותה תקופה.

כדי להקל על מעבר חלק לעידן הזרם החילופין, טסלה עשה פשרה: הוא גם קבע את מתח הזרם החילופין הביתי על 110 וולט. זה לא רק הגן על השקעת הציוד של המשתמשים הקיימים, אלא גם ביטל את חשש הציבור מזרם חילופין במתח גבוה (שנאמנע רבות באותה תקופה שהוא מזיק יותר לבריאות האדם).

לכן, אימוץ מתח AC של 110 וולט בארצות הברית הוא תוצאה של התאמת מתח DC של 110 וולט.

עם בוא עידן החשמל, מהנדסים הבינו בהדרגה שבהשוואה לאימוץ מאוחר יותר של מתח 220V/240V באירופה, מערכת ה-110V בארצות הברית סבלה מהפסדים גדולים יותר בעת העברת חשמל בהספק גבוה ודרשה חוטי נחושת עבים יותר כדי למנוע התחממות. אבל אם נשדרג ל-220V באופן מקיף, העלות גבוהה מדי. מכשירי חשמל, שקעים, נתיכים ואפילו כל רשת החלוקה של העיר במיליוני משקי בית ברחבי ארצות הברית מתוכננים כולם לפי 110V.

מסיבה זו, מהנדסי חשמל בארצות הברית המציאו "שיטת אדמה" חכמה ביותר - טכנולוגיית פאזה מפוצלת.

בין החוט החי לחוט הניטרלי שבאמצע, נוצר מתח של 110V/120V, שתוכנן במיוחד עבור מכשירי חשמל ביתיים קטנים כגון טלפונים ניידים, טלוויזיות ונורות (בטוח ואינו חם למגע).

כאשר שני חוטים חיים נערמים יחד, הם הופכים באופן מיידי ל-220V/240V, שתוכנן במיוחד עבור "נמרים חשמליים" כגון מזגנים, מחממי מים חשמליים ומייבשים (עם יעילות גבוהה וצריכת חוטים נמוכה).

לאחר הבנת מקורות מתח 120 וולט ו-240 וולט, קל להבין גם את מקור מתח ה-208 וולט. 208 וולט הוא מתח קווי של 120 וולט (פי שלושה מהשורש).

(II)

לאחר הבנת מערכת המתח בארצות הברית, בואו נסתכל כעת על מתח הכניסה של ערימת הזרם החילופין האמריקאית.

ישנם שלושה סוגי מתח עבור עמדות טעינה רגילות של AC המשמשות בארצות הברית, כלומר 120V, 208V ו-240VAC. בעיקרון, קידום חברות הטעינה יתבסס על תחומי המתח שהן תומכות בהם, 110~120VAC או 200V~240VAC.

יש לציין כי עמדת הטעינה עם קלט של 208 וולט היא גם היא חד פאזית, ולא 16 קילוואט או 22 קילוואט כפי שאנו מבינים אותה כדומה לעמדת הטעינה האירופית תלת פאזית בעלת חמישה חוטים. עם זאת, ישנן מעט מאוד עמדות טעינה תלת פאזיות בארצות הברית שחיפשו בשוק אך טרם נמצאו.

ביניהם, 110~120Vac הוא חיבור תקע רגיל שיכול לתמוך בקלט זרם מקסימלי של 16A.

עבור עמדות טעינה AC עם כניסה של 200V~240Vac (208Vac או 240Vac), הקצה הקדמי של קו הכניסה יכול להיות בצורת תקע או מסוף כבל. שקע "מתח גבוה" עם כניסה של 240Vac בארצות הברית (המורכב מארבעה חוטים: שני חוטים חיים, חוט ניטרלי אחד וחוט הארקה אחד) צריך להיות מושלם על ידי חשמלאי מקצועי.

אגב, השקע לחיבור תקע הכניסה של תחנת טעינה AC 240Vac צריך לעמוד בדרישות NEMA14-50. זרם הנשיאה המרבי שלו הוא 50A. על פי דרישות תקן ההתקנה החשמלית האמריקאי NFPA 70, הזרם המרבי בו משתמשים מכשירי חשמל לא יעלה על 80% מהשקע המדורג. לכן, הזרם המרבי של תחנת טעינה AC 240V עם תקע יכול להגיע רק ל-40A, עם הספק של 9.6kW.

(3)

לאחר דיון בדרישות לצד הקלט של תחנת טעינת AC הסטנדרטית האמריקאית, בואו נדלג על המעטפת ונבחן ישירות צד הפלט.

צד הפלט של תחנת טעינת התקשורת הוא פשוט מאוד, רק מחזיק האקדח וכבל האקדח שמתאים למחזיק האקדח.

אם תגלשו באתר האינטרנט של תחנת התקשורת בארצות הברית, תגלו שכל תחנת טעינה תספק שני סוגים של שקעי אקדח, כלומר ממשק TYPE1 העומד בתקן SAE J1772 וממשק NACS העומד בתקן Tesla SAE J3400.

את פרטי המבנה והגודל הספציפיים של ראש האקדח ומחזיק האקדח עם שני ממשקים ניתן למצוא בתקנים המתאימים.

מבחינה פנימית, אין הבדל בין ממשק ה-NACS של טסלה לממשק TYPE1 של SAE J 1772, שניהם מורכבים מחמישה חוטים - L/N/PE/CP/PP. כמובן, העיצוב של טסלה חכם מאוד, כאשר גם ממשקי DC וגם ממשקי AC הם אותו סט.

מבחינת שוק ערימות התקשורת בצפון אמריקה, ממשק טעינת הפלט עובר מממשק TYPE1 הישן לממשק NACS, ויותר ויותר מכוניות יבחרו לתמוך בממשקי טסלה בעתיד. תחנות טעינה מוקדמות של AC המצוידות בממשקי TYPE1 לא יכלו לטעון את ה-NACS החדש.

כמובן, אין צורך לדאוג יותר מדי, יש שפע של מתאמים בשוק שיכולים לעזור לך.

מתאמי ראש אקדח אסורים בהחלט בתקן האירופי IEC 61851-1:2017, אך סעיפים כאלה אינם נמצאים ב-UL 2594 בארצות הברית. זה לא אסור על פי חוק, פשוט השתמשו בו ישירות.

זה הכל עבור צדדי הקלט והפלט של תחנת טעינה אמריקאית מסוג AC. במאמר הבא נשתף את פרטי העיצוב של ה"מארז".