Amerikan standardı şarj kazığı sertifikasyonu (III) – AC kazıklarının tasarım detayları (giriş hattının ön ucu ve çıkış tabancası başlığı)

Ürün prensipleri açısından bakıldığında, Amerikan standart AC şarj istasyonları, ulusal ve Avrupa standartlarından farklı değildir; her ikisi de büyük elektrik anahtarları görevi görerek şebekeden gelen AC gücü araçtaki yerleşik şarj cihazına (OBC) iletir ve bu cihaz da AC gücü DC güce dönüştürerek bataryayı şarj eder.

Genel olarak aynı olsalar da, ulusal ve Avrupa standartlarına kıyasla birçok ayrıntıda önemli farklılıklar bulunmaktadır. Aksi takdirde, herhangi bir değişiklik yapmadan doğrudan Amerika Birleşik Devletleri'nde satılmaları çok daha kolay olurdu.

(1)

Kuzey Amerika'daki AC şarj istasyonlarının giriş hatlarını ele almadan önce, öncelikle Amerika Birleşik Devletleri'ndeki AC elektrik şebekesinin voltaj sistemini tanıyalım.

Dünyadaki çoğu ülkenin elektrik şebeke sistemleri Avrupa'dakilerle (sömürgecilik ve savaş) uyumludur; yani normal ev voltajı 220V~230Vac 50Hz iken, endüstriyel üç fazlı voltaj 380~400Vac 50Hz'dir. Endüstriyel elektrik voltajının, ev voltajının karekökünün üç katı -hat voltajı ile faz voltajı arasındaki fark- olduğu açıktır.

Amerika Birleşik Devletleri'ndeki voltaj sistemi benzersizdir; evlerde kullanılan ana voltaj 120V/240V 60Hz iken, endüstriyel kullanım için ana voltaj 480V/277Vac 60Hz'dir. Ticari veya yüksek yoğunluklu konutlarda kullanılan voltaj 120V/208Vac 60Hz iken, bazı büyük ağır sanayilerde 347/600Vac 60Hz'dir.

Amerika Birleşik Devletleri'ndeki voltaj sisteminin bu kadar kaotik olmasına siz de şaşırdınız mı?

110V voltajın kullanımı Edison'dan kaynaklanmaktadır. Ampulü icat etmesiyle tanınan Edison, birçok deney ve karşılaştırmadan sonra, 110V voltajda ampulün en yüksek ışık verimliliğine ve en uzun kullanım ömrüne sahip olduğunu keşfetti. Bu nedenle, 1882'de Edison, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki ilk ticari doğru akım (DC) enerji santrali olan Pearl Street Enerji Santrali'nde 110V DC elektriği resmi olarak piyasaya sürdü.

Ancak hepimizin bildiği gibi, doğru akımın büyük bir dezavantajı vardır: uzun mesafeli iletim sırasında ciddi ısı kaybı yaşanır ve bu da çok fazla elektrik enerjisinin israfına yol açar. Uzun mesafeli iletim sırasında aşırı enerji kaybını önlemek için Nikola Tesla, alternatif akım (AC) sistemini tanıttı. Alternatif akım sonunda doğru akımı yenmiş olsa da, o dönemde Amerikan evlerinde ve fabrikalarında 110V ile çalışan binlerce cihaz ve alet zaten kurulmuştu.

Alternatif akım çağına sorunsuz bir geçişi kolaylaştırmak için Tesla bir uzlaşmaya vardı: alternatif akımın ev voltajını da 110V olarak belirledi. Bu, yalnızca mevcut kullanıcıların ekipman yatırımlarını korumakla kalmadı, aynı zamanda halkın yüksek voltajlı alternatif akıma (o dönemde insan sağlığına daha zararlı olduğuna yaygın olarak inanılan) karşı duyduğu korkuyu da ortadan kaldırdı.

Dolayısıyla, Amerika Birleşik Devletleri'nde 110V AC gücün benimsenmesi, 110V DC güce uyum sağlama sürecinin bir sonucudur.

Elektrik çağının başlamasıyla birlikte mühendisler, Avrupa'da 220V/240V voltajın daha geç benimsenmesine kıyasla, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki 110V sisteminin yüksek güçlü elektrik iletiminde daha büyük kayıplara yol açtığını ve ısınmayı önlemek için daha kalın bakır tellere ihtiyaç duyduğunu yavaş yavaş fark ettiler. Ancak 220Vac'ye tamamen geçiş yapılırsa maliyet çok yüksek olur. Amerika Birleşik Devletleri genelinde milyonlarca hanedeki cihazlar, prizler, sigortalar ve hatta tüm şehir dağıtım şebekesi 110V'a göre tasarlanmıştır.

Bu nedenle, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki elektrik mühendisleri son derece zeki bir "topraklama yöntemi" olan Bölünmüş Faz Teknolojisi'ni icat ettiler.

Ortadaki canlı tel ile nötr tel arasında 110V/120V'luk bir gerilim hattı oluşturulur; bu hat özellikle cep telefonları, televizyonlar ve ampuller gibi küçük ev aletleri için tasarlanmıştır (güvenli ve dokunulduğunda ısınmaz).

İki canlı kablo üst üste bağlandığında, anında 220V/240V'a dönüşür; bu, özellikle klima, elektrikli su ısıtıcısı ve kurutucu gibi "elektrikli kaplanlar" için tasarlanmıştır (yüksek verimlilik ve düşük kablo tüketimi ile).

120Vac ve 240Vac'nin kökenlerini anladıktan sonra, 208Vac'nin kökenini de anlamak kolaydır. 208V, 120V'nin şebeke gerilimidir (kökünün üç katı).

(II)

Amerika Birleşik Devletleri'ndeki voltaj sistemini anladıktan sonra, şimdi de Amerikan AC pilinin giriş voltajına bir göz atalım.

Amerika Birleşik Devletleri'nde kullanılan sıradan AC şarj istasyonları için üç tür voltaj vardır: 120V, 208V ve 240Vac. Temel olarak, şarj istasyonu şirketlerinin pazarlama stratejileri, destekledikleri voltaj aralıklarına (110~120Vac veya 200V~240Vac) göre şekillenir.

Şunu belirtmek gerekir ki, 208V girişli şarj istasyonu da tek fazlı girişlidir, Avrupa'daki üç fazlı beş telli girişe benzer şekilde 16kW veya 22kW değildir. Bununla birlikte, piyasada yapılan araştırmalara rağmen henüz bulunamayan çok az sayıda üç fazlı girişli şarj istasyonu Amerika Birleşik Devletleri'nde mevcuttur.

Bunlar arasında, 110~120Vac, maksimum 16A akım girişini destekleyebilen standart bir fiş bağlantısıdır.

200V~240Vac (208Vac veya 240Vac) girişli AC şarj istasyonlarında, giriş hattının ön ucu fiş veya kablo terminali şeklinde olabilir. Amerika Birleşik Devletleri'nde kullanılan 240Vac girişli "yüksek voltaj" soketi (dört kablodan oluşur: iki canlı kablo, bir nötr kablo ve bir topraklama kablosu) profesyonel bir elektrikçi tarafından tamamlanmalıdır.

Bu arada, 240V AC şarj istasyonunun giriş fişini bağlamak için kullanılan soketin NEMA14-50 gerekliliklerine uygun olması gerekir. Maksimum taşıma akımı 50A'dir. Amerikan Elektrik Tesisatı Standardı NFPA 70'in gerekliliklerine göre, elektrikli cihazlar tarafından kullanılan maksimum akım, nominal soketin %80'ini aşmamalıdır. Dolayısıyla, fişli 240V girişli bir AC şarj istasyonunun maksimum akımı, 9,6kW güçle yalnızca 40A'e ulaşabilir.

(3)

Amerikan standart AC şarj istasyonunun giriş tarafı için gereken şartları ele aldıktan sonra, gövdeyi atlayıp doğrudan çıkış tarafına bakalım.

İletişim şarj istasyonunun çıkış tarafı oldukça basittir; sadece silah tutucu ve silah tutucuya uygun silah kablosundan oluşur.

Amerika Birleşik Devletleri'ndeki iletişim istasyonu web sitesine göz atarsanız, herhangi bir şarj istasyonunun iki tür silah soketi sunduğunu göreceksiniz: SAE J1772 standardına uygun TYPE1 arayüzü ve Tesla SAE J3400 standardına uygun NACS arayüzü.

İki arayüzlü silah başlığı ve silah tutucunun spesifik yapı ve boyut detayları ilgili standartlarda bulunabilir.

İç yapıda, Tesla'nın NACS arayüzü ile SAE J 1772'nin TYPE1 arayüzü arasında hiçbir fark yoktur; her ikisi de L/N/PE/CP/PP olmak üzere beş kablodan oluşur. Elbette, Tesla'nın tasarımı çok zekicedir; hem DC hem de AC arayüzleri aynı kablo setinden oluşmaktadır.

Kuzey Amerika iletişim istasyonu pazarı açısından, çıkış şarj arayüzü eski tip TYPE1 arayüzünden NACS arayüzüne geçiş yapıyor ve gelecekte giderek daha fazla araç Tesla arayüzlerini desteklemeyi tercih edecek. TYPE1 arayüzüne sahip ilk AC şarj istasyonları yeni NACS'yi şarj edemiyordu.

Elbette, çok fazla endişelenmenize gerek yok, piyasada size yardımcı olabilecek birçok adaptör mevcut.

Avrupa standardı IEC 61851-1:2017'de tabanca başlığı adaptörlerinin kullanımı kesinlikle yasaktır, ancak Amerika Birleşik Devletleri'ndeki UL 2594 standardında bu tür maddeler bulunmamaktadır. Kanunen yasaklanmış değildir, doğrudan kullanabilirsiniz.

Amerikan standart AC şarj istasyonunun giriş ve çıkış tarafları hakkında anlatacaklarımız bu kadar. Bir sonraki yazımızda "gövde"nin tasarım detaylarını paylaşacağız.