Ameriški standardni certifikat za polnilni pilot (III) – Podrobnosti zasnove AC pilotov (sprednji konec vhodne linije in izhodna glava pištole)

Z vidika načel izdelka se ameriške standardne polnilne postaje z izmeničnim tokom ne razlikujejo od nacionalnih in evropskih standardov – obe služita kot velika električna stikala, ki prevajajo izmenični tok iz omrežja do vgrajenega polnilnika (OBC) v vozilu, ki nato pretvarja izmenični tok v enosmerni tok za polnjenje akumulatorja.

Čeprav so na splošno enaki, obstajajo v mnogih podrobnostih še vedno precejšnje razlike v primerjavi z nacionalnimi in evropskimi standardi. Sicer bi bilo preveč priročno, da bi jih neposredno prodajali v Združenih državah brez kakršnih koli sprememb.

(1)

Preden se pogovorimo o vhodnih linijah severnoameriških polnilnih postaj z izmeničnim tokom, najprej predstavimo napetostni sistem omrežja z izmeničnim tokom v Združenih državah Amerike.

Sistemi elektroenergetskih omrežij večine držav sveta so usklajeni z evropskimi (kolonializem in vojna), kar pomeni, da je običajna gospodinjska napetost 220 V~230 Vac 50 Hz, industrijska trifazna napetost pa 380~400 Vac 50 Hz. Očitno je, da je napetost industrijske električne energije trikrat večja od korena gospodinjske napetosti – razlike med omrežno napetostjo in fazno napetostjo.

Napetostni sistem v Združenih državah Amerike je edinstven, saj je glavna gospodinjska napetost 120 V/240 V 60 Hz, glavna industrijska napetost pa 480 V/277 V izmenične napetosti 60 Hz za industrijsko uporabo. Napetost, ki se uporablja za komercialne ali gosto poseljene stanovanjske namene, je 120 V/208 V izmenične napetosti 60 Hz, medtem ko je za nekatere velike težke industrije 347/600 V izmenične napetosti 60 Hz.

Vas tudi preseneča, zakaj je napetostni sistem v Združenih državah tako kaotičen?

Uporaba napetosti 110 V izvira iz Edisona. Edison je znan po izumu žarnice. Po številnih poskusih in primerjavah je ugotovil, da ima žarnica najvišjo svetlobno učinkovitost in najdaljšo življenjsko dobo pri napetosti 110 V. Tako je Edison leta 1882 uradno predstavil 110 V enosmerni tok na trgu v elektrarni Pearl Street, prvi komercialni enosmerni elektrarni v Združenih državah.

Vsi pa vemo, da ima enosmerni tok veliko pomanjkljivost, in sicer veliko izgubo toplote med prenosom na dolge razdalje, zaradi česar se porabi veliko električne energije. Da bi se izognil prekomerni izgubi energije med prenosom na dolge razdalje, je Nikola Tesla predstavil svoj sistem izmeničnega toka (AC). Čeprav je izmenični tok sčasoma premagal enosmerni tok, je bilo takrat v ameriških gospodinjstvih in tovarnah že nameščenih na tisoče naprav in aparatov, namenjenih 110 V.

Da bi olajšal nemoten prehod v dobo izmeničnega toka, je Tesla naredil kompromis: napetost izmeničnega toka v gospodinjstvih je določil na 110 V. To ni le zaščitilo naložbe obstoječih uporabnikov v opremo, temveč je tudi odpravilo strah javnosti pred visokonapetostnim izmeničnim tokom (ki je takrat veljal za bolj škodljivega za zdravje ljudi).

Zato je uvedba 110 V izmeničnega toka v Združenih državah posledica prilagoditve 110 V enosmernega toka.

Z nastopom električne dobe so inženirji postopoma spoznali, da je v primerjavi s kasnejšo uvedbo napetosti 220 V/240 V v Evropi sistem 110 V v Združenih državah Amerike utrpel večje izgube pri prenosu električne energije velike moči in zahteval debelejše bakrene žice, da bi se izognili segrevanju. Če pa celovito nadgradimo na 220 V izmenični tok, so stroški previsoki. Naprave, vtičnice, varovalke in celo celotno mestno distribucijsko omrežje v milijonih gospodinjstev po Združenih državah Amerike so zasnovani v skladu z napetostjo 110 V.

Zaradi tega so elektroinženirji v Združenih državah Amerike izumili zelo inteligentno "metodo tal" – tehnologijo deljenih faz.

Med fazno žico in nevtralno žico na sredini se tvori napetost 110 V/120 V, posebej zasnovana za majhne gospodinjske aparate, kot so mobilni telefoni, televizorji in žarnice (varna in se ne segreva na dotik).

Ko sta dve živi žici zloženi skupaj, se v trenutku spremenita v napetost 220 V/240 V, ki je posebej zasnovana za "električne tigre", kot so klimatske naprave, električni grelniki vode in sušilni stroji (z visoko učinkovitostjo in nizko porabo žice).

Ko razumemo izvor 120 V izmenične napetosti in 240 V izmenične napetosti, je enostavno razumeti tudi izvor 208 V izmenične napetosti. 208 V je omrežna napetost 120 V (trikratnik korena).

(II)

Ko smo razumeli napetostni sistem v Združenih državah Amerike, si zdaj poglejmo vhodno napetost ameriškega izmeničnega električnega omrežja.

V Združenih državah Amerike se za običajne polnilne postaje z izmeničnim tokom uporabljajo tri vrste napetosti, in sicer 120 V, 208 V in 240 Vac. Promocija podjetij za pilote bo v osnovi temeljila na napetostnih pasovih, ki jih podpirajo, 110–120 Vac ali 200 V–240 Vac.

Treba je opozoriti, da je polnilna postaja z vhodno napetostjo 208 V prav tako enofazna, ne pa 16 kW ali 22 kW, kot razumemo, da je podobna evropskemu trifaznemu petžičnemu vhodu. Vendar pa je v Združenih državah Amerike zelo malo trifaznih polnilnih postaj, ki so bile preiskane na trgu, vendar jih še niso našli.

Med njimi je 110~120Vac običajna vtična povezava, ki lahko podpira največji vhodni tok 16A.

Pri polnilnih postajah z izmeničnim tokom in vhodom 200 V~240 Vac (208 Vac ali 240 Vac) je lahko sprednji konec vhodne linije v obliki vtiča ali kabelskega priključka. V Združenih državah Amerike mora visokonapetostno vtičnico z vhodom 240 Vac (ki je sestavljena iz štirih žic: dveh faznih žic, ene nevtralne žice in ene ozemljitvene žice) izpolniti strokovni električar.

Mimogrede, vtičnica za priključitev vhodnega vtiča 240V AC polnilne postaje mora izpolnjevati zahteve NEMA14-50. Njen največji prenosni tok je 50 A. V skladu z zahtevami ameriškega standarda za električne inštalacije NFPA 70 največji tok, ki ga uporabljajo električne naprave, ne sme presegati 80 % nazivne vtičnice. Torej lahko največji tok 240V AC polnilne postaje z vtičem doseže le 40 A, z močjo 9,6 kW.

(3)

Po razpravi o zahtevah za vhodno stran ameriške standardne polnilne postaje z izmeničnim tokom preskočimo lupino in si poglejmo neposredno izhodno stran.

Izhodna stran komunikacijske polnilne postaje je zelo preprosta, le držalo za pištolo in kabel pištole, ki se ujema z držalom za pištolo.

Če brskate po spletni strani komunikacijskih postaj v Združenih državah Amerike, boste ugotovili, da ima vsaka polnilna postaja dve vrsti vtičnic za pištole, in sicer vmesnik TYPE1, ki ustreza standardu SAE J1772, in vmesnik NACS, ki ustreza standardu Tesla SAE J3400.

Specifične podrobnosti o strukturi in velikosti glave pištole in držala pištole z dvema vmesnikoma so navedene v ustreznih standardih.

Notranje gledano ni razlike med Teslinim vmesnikom NACS in vmesnikom TYPE1 standarda SAE J 1772, saj oba sestavlja pet žic – L/N/PE/CP/PP. Seveda je Teslina zasnova zelo pametna, saj imata tako enosmerni kot izmenični vmesnik enak nabor.

Kar zadeva severnoameriški trg komunikacijskih pilotov, izhodni polnilni vmesnik prehaja s staromodnega vmesnika TYPE1 na vmesnik NACS, v prihodnosti pa se bo vse več avtomobilov odločilo za podporo vmesnikom Tesla. Zgodnje polnilne postaje z izmeničnim tokom, opremljene z vmesniki TYPE1, niso mogle polniti novega NACS.

Seveda ni treba preveč skrbeti, na trgu je veliko adapterjev, ki vam lahko pomagajo.

Adapterji za glave pištol so strogo prepovedani v evropskem standardu IEC 61851-1:2017, vendar takšnih določb v standardu UL 2594 v Združenih državah Amerike ni. Niso zakonsko prepovedani, le uporabite jih neposredno.

To je vse o vhodni in izhodni strani ameriške standardne polnilne postaje z izmeničnim tokom. V naslednjem članku bomo delili podrobnosti zasnove "ohišja".