Американдық стандартты зарядтау қадаларының сертификаты (III) – Айнымалы ток қадаларының жобалау бөлшектері (кіріс желісінің алдыңғы жағы және шығыс мылтық басы)

Өнім принциптері тұрғысынан алғанда, американдық стандартты айнымалы ток зарядтау станциялары ұлттық және еуропалық стандарттардан еш айырмашылығы жоқ - екеуі де үлкен электрлік қосқыштар ретінде қызмет етеді, айнымалы ток қуатын желіден көліктегі борттық зарядтағышқа (OBC) өткізеді, содан кейін ол қуат батареясын зарядтау үшін айнымалы ток қуатын тұрақты ток қуатына түрлендіреді.

Олар жалпы алғанда бірдей болғанымен, ұлттық және еуропалық стандарттармен салыстырғанда көптеген бөлшектерде айтарлықтай айырмашылықтар бар. Әйтпесе, оларды ешқандай өзгертулерсіз Америка Құрама Штаттарында тікелей сату тым ыңғайлы болар еді.

(1)

Солтүстік Америка айнымалы ток зарядтау станцияларының кіріс желілерін талқыламас бұрын, алдымен Америка Құрама Штаттарындағы айнымалы ток электр желісінің кернеу жүйесін таныстырайық.

Әлемдегі көптеген елдердің электр желісі жүйелері Еуропаның (отаршылдық және соғыс) электр желілерімен үйлеседі, яғни үй шаруашылығындағы қалыпты кернеу 220 В ~ 230 В 50 Гц, ал өнеркәсіптік үш фазалы кернеу 380 ~ 400 В 50 Гц. Өнеркәсіптік электр қуатының кернеуі үй шаруашылығындағы кернеудің түбірінен үш есе көп екені анық, яғни желілік кернеу мен фазалық кернеу арасындағы айырмашылық.

Америка Құрама Штаттарындағы кернеу жүйесі ерекше, негізгі тұрмыстық кернеу 120 В/240 В 60 Гц, ал негізгі өнеркәсіптік кернеу өнеркәсіптік мақсатта 480 В/277 В 60 Гц құрайды. Коммерциялық немесе жоғары тығыздықтағы тұрғын үй мақсаттарында қолданылатын кернеу 120 В/208 В 60 Гц, ал кейбір ірі ауыр өнеркәсіптерде 347/600 В 60 Гц құрайды.

Америка Құрама Штаттарындағы кернеу жүйесінің неге соншалықты хаотикалық екеніне таң қаласыз ба?

110 В кернеуді пайдалану Эдисоннан бастау алды. Шамды ойлап тапқанымен танымал Эдисон. Бірнеше тәжірибелер мен салыстырулардан кейін ол кернеу 110 В болған кезде шамның жарық тиімділігі ең жоғары және қызмет ету мерзімі ең ұзақ екенін анықтады. Осылайша, 1882 жылы Эдисон Америка Құрама Штаттарындағы алғашқы коммерциялық тұрақты ток электр станциясы - Перл-стрит электр станциясында нарыққа 110 В тұрақты ток электр қуатын ресми түрде енгізді.

Бірақ біз бәріміз тұрақты токтың үлкен кемшілігі бар екенін білеміз, ол ұзақ қашықтыққа беру кезінде қатты жылу шығыны болып табылады, бұл электр энергиясының көп бөлігін босқа жұмсайды. Ұзақ қашықтыққа беру кезінде шамадан тыс энергия шығынын болдырмау үшін Никола Тесла өзінің айнымалы ток (АТО) жүйесін енгізді. Айнымалы ток ақырында тұрақты токты жеңгенімен, сол кезде американдық үй шаруашылықтары мен зауыттарда 110 В кернеуге арналған мыңдаған құрылғылар мен құрылғылар орнатылған болатын.

Айнымалы ток дәуіріне бірқалыпты көшуді жеңілдету үшін Тесла келісімге келді: ол сонымен қатар үйдегі айнымалы токтың кернеуін 110 В етіп белгіледі. Бұл тек қолданыстағы пайдаланушылардың жабдыққа инвестицияларын қорғап қана қоймай, сонымен қатар халықтың жоғары вольтты айнымалы токқа деген қорқынышын да жойды (ол кезде адам денсаулығына зиянды деп кеңінен саналды).

Сондықтан, Америка Құрама Штаттарында 110 В айнымалы ток қуатын енгізу 110 В тұрақты ток қуатын қамтамасыз етудің нәтижесі болып табылады.

Электр дәуірінің басталуымен инженерлер Еуропада 220 В/240 В кернеудің кейінірек енгізілуімен салыстырғанда, Америка Құрама Штаттарындағы 110 В жүйесі жоғары қуатты электр энергиясын беру кезінде үлкен шығындарға ұшырағанын және қыздырудан аулақ болу үшін қалың мыс сымдарды қажет ететінін біртіндеп түсінді. Бірақ егер біз 220 В-қа кешенді түрде жаңартсақ, құны тым жоғары болады. Америка Құрама Штаттарындағы миллиондаған үй шаруашылықтарындағы тұрмыстық техника, розеткалар, сақтандырғыштар және тіпті бүкіл қаланың тарату желісі 110 В-қа сәйкес жасалған.

Осы себепті Америка Құрама Штаттарындағы электрик инженерлері өте ақылды «топырақ әдісін» – фазалық бөлу технологиясын ойлап тапты.

Ток өткізетін сым мен ортасындағы бейтарап сымның арасында 110 В/120 В кернеу пайда болады, ол ұялы телефондар, теледидарлар және шамдар сияқты шағын тұрмыстық техникаға арналған (қауіпсіз және ұстағанда ыстық емес).

Екі ток өткізгіш сымды бір-біріне жалғаған кезде, олар бірден 220 В/240 В кернеуге айналады, бұл арнайы кондиционерлер, электр су жылытқыштары және кептіргіштер сияқты «электрлік жолбарыстар» үшін жасалған (жоғары тиімділікпен және сым шығыны аз).

120Vac және 240Vac шығу тегін түсінгеннен кейін, 208Vac шығу тегін де түсіну оңай. 208V - 120V желілік кернеуі (түбірлік кернеудің үш есесі).

(II)

Америка Құрама Штаттарындағы кернеу жүйесін түсінгеннен кейін, енді американдық айнымалы ток тізбегінің кіріс кернеуін қарастырайық.

Америка Құрама Штаттарында кәдімгі айнымалы ток зарядтау станциялары үшін үш түрлі кернеу қолданылады, атап айтқанда 120 В, 208 В және 240 Вакуумдық ток. Негізінен, электр компанияларын насихаттау олар қолдайтын кернеу диапазондарына негізделеді, 110 ~ 120 Вакуумдық ток немесе 200 В ~ 240 Вакуумдық ток.

Айта кету керек, 208 В кірісі бар зарядтау станциясы да бір фазалы кіріс болып табылады, біздің түсінігімізше, ол еуропалық үш фазалы бес сымды кіріске ұқсас, 16 кВт немесе 22 кВт емес. Дегенмен, Америка Құрама Штаттарында нарықта ізделген, бірақ әлі табылмаған үш фазалы кіріс зарядтау станциялары өте аз.

Олардың ішінде 110~120Vac - бұл 16А максималды ток кірісін қолдай алатын кәдімгі аша қосылымы.

200 В ~ 240 Вакс (208 Вакс немесе 240 Вакс) кірісі бар айнымалы ток зарядтау станциялары үшін кіріс желісінің алдыңғы ұшы аша немесе кабель терминалы түрінде болуы мүмкін. Америка Құрама Штаттарында 240 Вакс кірісі бар «жоғары вольтты» розетка (төрт сымнан тұрады: екі ток өткізгіш сым, бір бейтарап сым және бір жерге қосу сым) кәсіби электрикпен жасалуы керек.

Айтпақшы, 240Vac айнымалы ток зарядтау станциясының кіріс ашасын қосуға арналған розетка NEMA14-50 талаптарына сәйкес келуі керек. Оның максималды өткізу тогы - 50A. Американдық электр қондырғыларының NFPA 70 стандартының талаптарына сәйкес, электр құрылғылары пайдаланатын максималды ток номиналды розетканың 80%-нан аспауы керек. Демек, ашасы бар 240V кіріс айнымалы ток зарядтау станциясының максималды тогы тек 40A-ға жете алады, қуаты 9,6 кВт.

(3)

Американдық стандартты айнымалы ток зарядтау станциясының кіріс жағына қойылатын талаптарды талқылағаннан кейін, мәселені өткізіп жіберіп, тікелей шығыс жағына қарайық.

Байланыс зарядтау станциясының шығыс жағы өте қарапайым, тек қару ұстағышы және қару ұстағышына сәйкес келетін қару кабелі ғана.

Егер сіз Америка Құрама Штаттарындағы байланыс станциясының веб-сайтын шолсаңыз, кез келген зарядтау станциясы екі түрлі қару ұяшығын ұсынатынын көресіз, атап айтқанда SAE J1772 стандартына сәйкес келетін TYPE1 интерфейсі және Tesla SAE J3400 стандартына сәйкес келетін NACS интерфейсі.

Екі интерфейсі бар тапанша басы мен тапанша ұстағышының нақты құрылымы мен өлшемінің мәліметтерін тиісті стандарттардан табуға болады.

Ішкі жағынан, Tesla компаниясының NACS интерфейсі мен SAE J 1772 компаниясының TYPE1 интерфейсі арасында ешқандай айырмашылық жоқ, екеуі де бес сымнан тұрады – L/N/PE/CP/PP. Әрине, Tesla компаниясының дизайны өте тапқыр, тұрақты және айнымалы ток интерфейстері бірдей жиынтықта.

Солтүстік Американың байланыс тіректер нарығы тұрғысынан шығыс зарядтау интерфейсі ескі TYPE1 интерфейсінен NACS интерфейсіне ауысуда, және болашақта көбірек көліктер Tesla интерфейстерін қолдауды таңдайды. TYPE1 интерфейстерімен жабдықталған алғашқы айнымалы ток зарядтау станциялары жаңа NACS-ті зарядтай алмады.

Әрине, тым көп уайымдаудың қажеті жоқ, нарықта сізге көмектесе алатын көптеген адаптерлер бар.

Тапанша басының адаптерлеріне IEC 61851-1:2017 еуропалық стандартында қатаң тыйым салынған, бірақ мұндай тармақтар Америка Құрама Штаттарындағы UL 2594 құжатында жоқ. Ол заңмен тыйым салынбаған, тек оны тікелей пайдаланыңыз.

Американдық стандартты айнымалы ток зарядтау станциясының кіріс және шығыс жақтары осымен бітті. Келесі мақалада біз «корпустың» дизайн мәліметтерімен бөлісеміз.