Сертифікація американської стандартної зарядної палі (III) – Деталі проектування паль змінного струму (передній кінець вхідної лінії та вихідна головка гармати)

З точки зору принципів продукту, американські стандартні зарядні станції змінного струму нічим не відрізняються від національних та європейських стандартів – обидві вони виконують роль великих електричних перемикачів, що проводять змінний струм від мережі до бортового зарядного пристрою (OBC) у транспортному засобі, який потім перетворює змінний струм на постійний для заряджання акумуляторної батареї.

Хоча вони загалом однакові, все ж існують суттєві відмінності в багатьох деталях порівняно з національними та європейськими стандартами. В іншому випадку було б надто зручно продавати їх безпосередньо в Сполучених Штатах без будь-яких модифікацій.

(1)

Перш ніж обговорювати вхідні лінії зарядних станцій змінного струму в Північній Америці, давайте спочатку розглянемо систему напруги мережі змінного струму в Сполучених Штатах.

Системи електромереж більшості країн світу відповідають європейським (колоніалізм та війна), тобто звичайна напруга в побутовій мережі становить 220 В ~ 230 В змінного струму 50 Гц, а промислова трифазна напруга — 380 ~ 400 В змінного струму 50 Гц. Очевидно, що напруга промислової електроенергії втричі перевищує корінь напруги в побутовій мережі – різницю між лінійною напругою та фазною напругою.

Система напруги в Сполучених Штатах унікальна: основна напруга в побуті становить 120 В/240 В 60 Гц, а основна напруга в промисловості — 480 В/277 В змінного струму 60 Гц для промислового використання. Напруга, що використовується для комерційних або щільно забудованих житлових приміщень, становить 120 В/208 В змінного струму 60 Гц, тоді як для деяких великих важких промислових підприємств вона становить 347/600 В змінного струму 60 Гц.

Ви також здивовані, чому система напруги в Сполучених Штатах така хаотична?

Використання напруги 110 В походить від Едісона. Саме Едісон відомий винаходом лампочки. Після численних експериментів та порівнянь він виявив, що лампочка має найвищу світлову ефективність та найдовший термін служби при напрузі 110 В. Тож у 1882 році Едісон офіційно представив на ринку постійний струм напругою 110 В на електростанції Перл-стріт, першій комерційній електростанції постійного струму в Сполучених Штатах.

Але всі ми знаємо, що постійний струм має суттєвий недолік, а саме значні втрати тепла під час передачі на великі відстані, що призводить до великих втрат електроенергії. Щоб уникнути надмірних втрат енергії під час передачі на великі відстані, Нікола Тесла представив свою систему змінного струму (AC). Хоча змінний струм зрештою переміг постійний струм, на той час в американських домогосподарствах і на заводах вже було встановлено тисячі приладів і пристроїв, призначених для роботи на 110 В.

Щоб полегшити плавний перехід до ери змінного струму, Тесла пішов на компроміс: він також встановив напругу змінного струму в побуті на рівні 110 В. Це не лише захистило інвестиції в обладнання існуючих користувачів, але й усунуло страх громадськості перед високовольтним змінним струмом (який на той час вважався більш шкідливим для здоров'я людини).

Таким чином, впровадження змінного струму 110 В у Сполучених Штатах є результатом адаптації постійного струму 110 В.

З настанням електричної ери інженери поступово усвідомили, що порівняно з пізнішим впровадженням напруги 220 В/240 В у Європі, система 110 В у Сполучених Штатах зазнавала більших втрат під час передачі потужної електроенергії та вимагала товстіших мідних дротів, щоб уникнути нагрівання. Але якщо ми комплексно перейдемо на 220 В змінного струму, вартість буде занадто високою. Прилади, розетки, запобіжники та навіть вся розподільча мережа міста в мільйонах домогосподарств по всій території Сполучених Штатів розроблені відповідно до 110 В.

З цієї причини інженери-електрики у Сполучених Штатах винайшли високоінтелектуальний «ґрунтовий метод» – технологію розщеплених фаз.

Між фазним проводом і нульовим проводом посередині утворюється напруга 110 В/120 В, спеціально розроблена для невеликих побутових приладів, таких як мобільні телефони, телевізори та лампочки (безпечна та не гаряча на дотик).

Коли два дроти під напругою з'єднуються разом, вони миттєво перетворюються на 220 В/240 В, спеціально розроблені для «електричних тигрів», таких як кондиціонери, електричні водонагрівачі та сушарки (з високою ефективністю та низьким споживанням дроту).

Зрозумівши походження 120 В змінного струму та 240 В змінного струму, легко зрозуміти і походження 208 В змінного струму. 208 В – це напруга мережі 120 В (помножена на корінь утричі).

(II)

Після розуміння системи напруги в Сполучених Штатах, давайте тепер розглянемо вхідну напругу американської батареї змінного струму.

У Сполучених Штатах використовуються три типи напруги для звичайних зарядних станцій змінного струму, а саме 120 В, 208 В та 240 В змінного струму. В основному, просування компаній, що виробляють пальові зарядні станції, базуватиметься на підтримуваних ними діапазонах напруги: 110~120 В змінного струму або 200 В~240 В змінного струму.

Слід зазначити, що зарядна станція з входом 208 В також має однофазний вхід, а не 16 кВт чи 22 кВт, як ми розуміємо, подібно до європейського трифазного п'ятипровідного входу. Однак у Сполучених Штатах існує дуже мало трифазних зарядних станцій, які були пошукані на ринку, але поки що не знайдені.

Серед них 110~120 В змінного струму – це звичайне штекерне з’єднання, яке може підтримувати максимальний вхідний струм 16 А.

Для зарядних станцій змінного струму з входом 200 В~240 В змінного струму (208 В змінного струму або 240 В змінного струму) передній кінець вхідної лінії може бути у вигляді вилки або кабельного терміналу. Розетка «високої напруги» з входом 240 В змінного струму у Сполучених Штатах (що складається з чотирьох проводів: двох фазних проводів, одного нульового проводу та одного заземлювального проводу) повинна бути укомплектована професійним електриком.

До речі, розетка для підключення вхідного штекера зарядної станції змінного струму 240 В повинна відповідати вимогам NEMA14-50. Її максимальний струм навантаження становить 50 А. Згідно з вимогами Американського стандарту електроустановок NFPA 70, максимальний струм, що використовується електроприладами, не повинен перевищувати 80% від номінального струму розетки. Отже, максимальний струм зарядної станції змінного струму 240 В з вилкою може досягати лише 40 А, а потужність – 9,6 кВт.

(3)

Після обговорення вимог до вхідної сторони американської стандартної зарядної станції змінного струму, давайте пропустимо оболонку та розглянемо безпосередньо вихідну сторону.

Вихідна сторона зарядної станції зв'язку дуже проста, лише тримач пістолета та кабель пістолета, який відповідає тримачу пістолета.

Якщо ви переглянете веб-сайт комунікаційних станцій у Сполучених Штатах, то побачите, що будь-яка зарядна станція пропонує два типи розеток для зарядних пристроїв, а саме інтерфейс TYPE1, що відповідає стандарту SAE J1772, та інтерфейс NACS, що відповідає стандарту Tesla SAE J3400.

Конкретні деталі щодо конструкції та розмірів головки пістолета та тримача пістолета з двома інтерфейсами можна знайти у відповідних стандартах.

Внутрішньо немає різниці між інтерфейсом NACS від Tesla та інтерфейсом TYPE1 від SAE J 1772, обидва складаються з п'яти проводів – L/N/PE/CP/PP. Звичайно, конструкція Tesla дуже розумна, оскільки інтерфейси постійного та змінного струму мають однаковий набір.

Що стосується північноамериканського ринку комунікаційних піл, то вихідний інтерфейс заряджання переходить від старомодного інтерфейсу TYPE1 до інтерфейсу NACS, і в майбутньому все більше автомобілів оберуть підтримку інтерфейсів Tesla. Ранні зарядні станції змінного струму, оснащені інтерфейсами TYPE1, не могли заряджати новий NACS.

Звичайно, не варто надто хвилюватися, на ринку є безліч адаптерів, які можуть вам допомогти.

Адаптери для головок пістолетів суворо заборонені європейським стандартом IEC 61851-1:2017, але такі положення відсутні в UL 2594 у Сполучених Штатах. Це не заборонено законом, просто використовуйте їх безпосередньо.

Це все, що стосується вхідної та вихідної сторін американської стандартної зарядної станції змінного струму. У наступній статті ми поділимося деталями конструкції «корпусу».