Сертификация зарядных свай по американскому стандарту (III) – Конструктивные детали зарядных свай переменного тока (передняя часть входного трубопровода и выходная головка орудия).

С точки зрения принципов работы, американские стандартные зарядные станции переменного тока ничем не отличаются от национальных и европейских стандартов – обе они служат в качестве больших электрических переключателей, передающих переменный ток из сети к бортовому зарядному устройству (OBC) в автомобиле, которое затем преобразует переменный ток в постоянный для зарядки аккумуляторной батареи.

Хотя в целом они одинаковы, во многих деталях все же существуют значительные различия по сравнению с национальными и европейскими стандартами. В противном случае было бы слишком удобно продавать их напрямую в Соединенных Штатах без каких-либо модификаций.

(1)

Прежде чем обсуждать входные линии североамериканских зарядных станций переменного тока, давайте сначала рассмотрим систему напряжения сети переменного тока в Соединенных Штатах.

Энергетические сети большинства стран мира ориентированы на европейские системы (колониальное и военное положение), то есть обычное бытовое напряжение составляет 220–230 В переменного тока 50 Гц, а промышленное трехфазное напряжение — 380–400 В переменного тока 50 Гц. Очевидно, что напряжение промышленного электроснабжения в три раза превышает корень из бытового напряжения — разницу между линейным и фазным напряжением.

В Соединенных Штатах существует уникальная система напряжения: основное бытовое напряжение составляет 120 В/240 В 60 Гц, а основное промышленное напряжение — 480 В/277 В переменного тока 60 Гц. Напряжение, используемое в коммерческих или жилых помещениях с высокой плотностью населения, составляет 120 В/208 В переменного тока 60 Гц, в то время как для некоторых крупных предприятий тяжелой промышленности оно составляет 347/600 В переменного тока 60 Гц.

Вас тоже удивляет, почему система электроснабжения в Соединенных Штатах настолько хаотична?

Использование напряжения 110 В началось с Эдисона. Именно Эдисон известен изобретением лампочки. После многочисленных экспериментов и сравнений он обнаружил, что лампочка обладает наибольшей светоотдачей и самым длительным сроком службы при напряжении 110 В. Поэтому в 1882 году Эдисон официально представил на рынке постоянный ток напряжением 110 В на электростанции на Перл-стрит, первой коммерческой электростанции постоянного тока в Соединенных Штатах.

Но всем известно, что у постоянного тока есть существенный недостаток — значительные потери тепла при передаче на большие расстояния, что приводит к большим потерям электроэнергии. Чтобы избежать чрезмерных потерь энергии при передаче на большие расстояния, Никола Тесла ввел систему переменного тока (AC). Хотя переменный ток в конечном итоге вытеснил постоянный, к тому времени в американских домах и на заводах уже были установлены тысячи приборов и устройств, рассчитанных на напряжение 110 В.

Чтобы облегчить плавный переход в эпоху переменного тока, Тесла пошел на компромисс: он также установил бытовое напряжение переменного тока на уровне 110 В. Это не только защитило инвестиции в оборудование существующих пользователей, но и устранило опасения населения по поводу высоковольтного переменного тока (который в то время считался более вредным для здоровья человека).

Таким образом, внедрение сети переменного тока напряжением 110 В в Соединенных Штатах является результатом адаптации к сети постоянного тока напряжением 110 В.

С наступлением электрической эры инженеры постепенно осознали, что по сравнению с более поздним внедрением напряжения 220/240 В в Европе, система 110 В в Соединенных Штатах несла большие потери при передаче электроэнергии высокой мощности и требовала более толстых медных проводов во избежание перегрева. Но если мы полностью перейдем на 220 В переменного тока, стоимость окажется слишком высокой. Бытовая техника, розетки, предохранители и даже вся городская распределительная сеть в миллионах домохозяйств по всей территории Соединенных Штатов спроектированы в соответствии с напряжением 110 В.

По этой причине инженеры-электрики в Соединенных Штатах изобрели высокотехнологичный «грунтовый метод» — технологию расщепления фазы.

Между фазным и нейтральным проводами посередине формируется напряжение 110 В/120 В, специально разработанное для небольших бытовых приборов, таких как мобильные телефоны, телевизоры и лампочки (безопасное и не нагревающееся на ощупь).

При соединении двух проводов под напряжением они мгновенно преобразуются в напряжение 220/240 В, специально разработанное для «электрических тигров», таких как кондиционеры, электрические водонагреватели и сушилки (с высокой эффективностью и низким потреблением тока).

Поняв происхождение чисел 120 В переменного тока и 240 В переменного тока, легко понять и происхождение числа 208 В переменного тока. 208 В — это линейное напряжение, равное 120 В (в три раза больше корня из этого значения).

(II)

После ознакомления с системой напряжений в Соединенных Штатах, давайте теперь рассмотрим входное напряжение американской сети переменного тока.

В США для обычных зарядных станций переменного тока используются три типа напряжения: 120 В, 208 В и 240 В. В основном, продвижение зарядных станций будет основываться на поддерживаемых ими диапазонах напряжения: 110–120 В или 200–240 В.

Следует отметить, что зарядная станция с входным напряжением 208 В также является однофазной, а не 16 кВт или 22 кВт, как мы понимаем, аналогичной европейской трехфазной пятипроводной системе. Однако в Соединенных Штатах очень мало трехфазных зарядных станций, которые были бы найдены на рынке, но так и не обнаружены.

Среди них, 110–120 В переменного тока — это стандартная вилка, способная выдерживать максимальный входной ток 16 А.

Для зарядных станций переменного тока с входным напряжением 200–240 В (208 В или 240 В) входной разъем может быть выполнен в виде вилки или клеммы для кабеля. Розетка высокого напряжения с входным напряжением 240 В (в США, состоящая из четырех проводов: двух фазных, одного нейтрального и одного заземляющего) должна быть установлена ​​профессиональным электриком.

Кстати, розетка для подключения вилки зарядной станции переменного тока 240 В должна соответствовать требованиям стандарта NEMA14-50. Ее максимальный номинальный ток составляет 50 А. Согласно требованиям американского стандарта электромонтажа NFPA 70, максимальный ток, потребляемый электроприборами, не должен превышать 80% от номинального тока розетки. Таким образом, максимальный ток зарядной станции переменного тока 240 В с вилкой может достигать только 40 А при мощности 9,6 кВт.

(3)

После обсуждения требований к входной стороне американской стандартной зарядной станции переменного тока, давайте пропустим корпус и сразу перейдем к выходной стороне.

Выходная часть зарядной станции для коммуникационного оборудования очень проста: всего лишь держатель для оружия и кабель, соответствующий держателю.

Если вы зайдете на сайт зарядных станций связи в Соединенных Штатах, вы обнаружите, что любая зарядная станция предлагает два типа разъемов для оружия: интерфейс TYPE1, соответствующий стандарту SAE J1772, и интерфейс NACS, соответствующий стандарту Tesla SAE J3400.

Конкретные конструктивные и габаритные характеристики головки орудия и держателя орудия с двумя интерфейсами можно найти в соответствующих стандартах.

Внутри нет никакой разницы между интерфейсом NACS от Tesla и интерфейсом TYPE1 стандарта SAE J 1772, оба состоят из пяти проводов – L/N/PE/CP/PP. Конечно, конструкция Tesla очень оригинальна, поскольку интерфейсы постоянного и переменного тока представляют собой один и тот же набор.

Что касается североамериканского рынка коммуникационных зарядных устройств, то интерфейс зарядки на выходе переходит от устаревшего интерфейса TYPE1 к интерфейсу NACS, и в будущем все больше автомобилей будут поддерживать интерфейсы Tesla. Первые станции зарядки переменного тока, оснащенные интерфейсами TYPE1, не могли заряжать устройства с новым интерфейсом NACS.

Конечно, не стоит слишком беспокоиться, на рынке представлено множество адаптеров, которые могут вам помочь.

Использование переходников для ствольных коробок строго запрещено европейским стандартом IEC 61851-1:2017, однако в американском стандарте UL 2594 таких положений нет. Закон не запрещает их использование, просто используйте их напрямую.

На этом всё, что касается входной и выходной частей американской стандартной зарядной станции переменного тока. В следующей статье мы расскажем о деталях конструкции «корпуса».