За последнее десятилетие глобальная инфраструктура зарядки электромобилей быстро развивалась. Согласно отчету «Глобальный обзор электромобилей», опубликованному Международным энергетическим агентством, поскольку количество электромобилей продолжает расти, количество общественных зарядных станций во всем мире также увеличивается. В то же время спрос на низковольтное электрозащитное оборудование на рынке также продолжает расти.

В системе зарядки низковольтный выключатель низковольтный выключатель является одним из важнейших защитных устройств. Его основная функция – размыкание цепи при возникновении перегрузки или короткого замыкания, тем самым защищая линии, оборудование и безопасность персонала.

Однако во время реальной эксплуатации инженеры и обслуживающий персонал иногда обнаруживают, что автоматические выключатели, установленные на зарядных станциях для электромобилей, демонстрируют более высокий нагрев. В большинстве случаев это не означает, что сам выключатель имеет проблемы с качеством, а связано со способом установки, рабочей средой или конструкцией системы.

В этой статье будет представлено следующее содержание, основанное на международных стандартах и общедоступных технических материалах:

  • Почему автоматические выключатели перегреваются во время работы системы зарядки электромобилей?
  • Что вызывает чрезмерное повышение температуры автоматических выключателей?
  • Как правильно выбрать низковольтный выключатель для зарядных станций электромобилей?

Содержание

Переключить

Почему автоматические выключатели перегреваются во время работы зарядного устройства для электромобилей?

Давайте начнем с прямого ответа: зарядные устройства для электромобилей часто потребляют большой ток в течение нескольких часов во время одной зарядки, удерживая автоматический выключатель в условиях длительной высокой нагрузки с постоянным накоплением тепла внутри. Кроме того, незакрепленные клеммы, высокое внутреннее сопротивление контактов и гармонические помехи еще больше усиливают внутренний нагрев.

Ниже приведены конкретные причины чрезмерного повышения температуры автоматических выключателей.

Car home charging station

Причина 1: Продолжительность зарядки слишком велика

Многие бытовые приборы, например, кондиционеры, имеют прерывистую нагрузку. Они циклически включаются и выключаются в зависимости от условий эксплуатации, поэтому ток постоянно меняется.

Напротив, зарядное устройство для электромобилей обычно поддерживает относительно стабильный выходной ток на протяжении всего сеанса зарядки. Продолжительность зарядки зависит от таких факторов, как мощность зарядки, состояние автомобиля и уровень заряда аккумулятора. Одной зарядки может хватить от 5 до 6 часов.

В результате автоматический выключатель должен непрерывно проводить рабочий ток, вырабатывая внутреннее тепло, пока не достигнет теплового равновесия.

Именно поэтому NEC требует 125% номинала для длительных нагрузок — чтобы обеспечить запас прочности для устойчивого тепловыделения.

В отличие от кондиционеров и другого оборудования, которое включается и выключается попеременно, зарядные устройства для электромобилей могут работать при токе, близком к максимальному, в течение нескольких часов подряд. По этой причине в электротехнической промышленности их относят к постоянным нагрузкам (аналогично светотехнике).

Для длительных нагрузок электрические нормы и правила четко требуют, чтобы устройство защиты от перегрузки по току было рассчитано не менее чем на 125 % фактического тока нагрузки.

Причина 2: непрерывный ток вызывает устойчивый рост температуры

Согласно закону Джоуля (P = I²Rt), пока ток протекает через резистивный проводник, будет выделяться тепло. То есть, чем больше ток, тем больше сопротивление, чем больше время, тем выше температура.

Если ток приближается к номинальному значению автоматического выключателя, это тепло будет постоянно накапливаться, превысит стандартное повышение температуры и в конечном итоге превратится в угрозу безопасности.

Причина 3: Ослабление клеммных соединений выключателя

Это одна из частых причин перегрева выключателя.

Если при установке винты клеммы не затягиваются с моментом затяжки, указанным производителем, эффективная площадь контакта между проводником и клеммой уменьшается.

При уменьшении площади контакта контактное сопротивление увеличивается.

При увеличении сопротивления при тех же условиях тока выделяется больше тепла.

При возникновении проблем с проводкой на объекте могут наблюдаться следующие явления:

  • Обесцвечивание возле клемм
  • Старение или повреждение изоляции проводов
  • Локальные следы ожогов
  • Температура на терминале значительно выше, чем в других местах

MCB Terminal Compatibility

Причина 4: Повышенное контактное сопротивление

Тепло, выделяемое выключателем, не полностью исходит от его внутреннего механизма. В процессе прохождения тока к нагрузке он должен пройти через несколько проводящих точек соединения, например:

  • Клеммные колодки
  • Точки подключения шин
  • Кабельные разъемы
  • Контакты автоматического выключателя

Каждая точка подключения имеет определенное контактное сопротивление.

Если контактное сопротивление увеличивается по следующим причинам:

  • Окисление контактной поверхности
  • Прилипание пыли или загрязнений
  • Неправильная установка
  • Недостаточное контактное давление

Тогда это положение подключения будет выделять больше тепла.

Причина 5: Условия установки влияют на рассеивание тепла

Превышение температуры автоматического выключателя зависит не только от того, сколько тепла он выделяет, но и от того, может ли окружающая среда эффективно рассеивать это тепло.

Факторы окружающей среды, влияющие на способность рассеивать тепло, включают:

  • Температура окружающей среды
  • Скорость воздушного потока
  • Расчёт теплоотвода распределительного шкафа

Как повышение температуры влияет на автоматические выключатели?

Соответствующее повышение рабочей температуры является нормальным явлением. Однако если автоматические выключатели постоянно подвергаются воздействию высоких температур в течение длительного времени, это повлияет на их материалы и компоненты.

Ускоренное старение изоляционного материала

Автоматические выключатели содержат различные изоляционные материалы, используемые для изоляции различных проводящих частей. При длительно высоких температурах эти материалы подвергаются термическому разложению: молекулярные цепи разрываются, материал постепенно становится хрупким и может треснуть или отсоединиться под воздействием вибрации или внешней силы.

Это старение носит постоянный характер и напрямую снижает безопасность выключателя.

Размягчение металлических деталей

Во время длительной эксплуатации автоматические выключатели подвергаются неоднократному нагреву и охлаждению, а внутренние металлические компоненты расширяются и сжимаются под воздействием тепла. Этот процесс постепенно ослабляет механическую прочность, вызывая деформацию или даже выгорание компонентов и в конечном итоге сокращая срок службы автоматического выключателя.

Измененные характеристики отключения

Тепловой расцепитель автоматического выключателя работает по принципу изгиба биметаллической полосы при нагреве. Таким образом, температура окружающей среды и рабочая температура напрямую влияют на время срабатывания.

При повышении температуры окружающей среды биметаллическая полоса легче достигает порога изгиба, что приводит к преждевременному срабатыванию выключателя и ненужным отключениям электроэнергии. И наоборот, если температура окружающей среды слишком низкая, может произойти задержка отключения или даже его невозможность отключения.

Как правильно выбрать низковольтный автоматический выключатель для систем зарядки электромобилей

Шаг 1. Определите тип системы зарядки электромобилей

Различные типы систем зарядки электромобилей имеют разные электрические параметры.

Перед выбором необходимо сначала подтвердить следующую информацию:

  • Зарядка переменным током или зарядка постоянным током
  • Однофазный или трехфазный источник питания
  • Номинальная мощность зарядного устройства
  • Номинальный рабочий ток
  • Напряжение питания
  • Среда установки (внутри или снаружи)

Эти параметры в совокупности определяют требования к выбору устройства защиты.

Например, бытовые зарядные устройства и мощное оборудование для быстрой зарядки имеют значительные различия в уровнях тока, уровнях тока повреждения и структуре системы, поэтому их схемы защиты обычно различаются.

Identify the Type of EV Charging System

Шаг 2: Определите расчетный ток

Расчетный ток относится к рабочему току, который, как ожидается, цепь будет непрерывно выдерживать при нормальных условиях эксплуатации.

Автоматический выключатель следует выбирать на основе расчетного тока, а не просто номинальной мощности зарядного устройства.

При расчетном токе обычно необходимо учитывать:

  • Номинальная мощность зарядного оборудования
  • Напряжение питания
  • Коэффициент мощности
  • Конфигурация системы
  • Соответствующие стандарты установки

Токовые расчеты следует выполнять в соответствии с местными электромонтажными нормами.

Если в будущем планируется расширение мощностей, это можно рассмотреть на этапе проектирования системы.

Шаг 3: Параметры автоматического выключателя

Автоматические выключатели используются в автомобильных зарядных системах, и их выбор более строгий, чем в обычных системах распределения электроэнергии.

Зарядное устройство относится к устройствам, работающим в непрерывном режиме с большим током, и на него могут влиять гармоники, колебания напряжения и частые пуски и остановки. Поэтому помимо номинального тока следует учитывать и другие параметры.

Ниже приведены параметры, на которые B2B-покупатели должны обратить наибольшее внимание:

Параметр

Почему это важно

Рекомендация

Номинальный ток (In)

Длительная непрерывная зарядка вызывает устойчивый нагрев выключателя

Должен с некоторым запасом соответствовать максимальному выходному току зарядного устройства

Номинальное напряжение (Ue)

Должно соответствовать напряжению питания системы зарядки

Общая зарядка переменного тока: 230 В, 400 В; Для быстрой зарядки постоянным током может потребоваться напряжение 750 В, 1000 В или выше

Разрывная способность

Может ли автоматический выключатель безопасно отключить ток повреждения во время короткого замыкания

Для коммерческих зарядных станций выберите ток 10 кА, 15 кА или выше, в зависимости от предполагаемого тока короткого замыкания системы

Механическая и электрическая долговечность

Зарядные станции ежедневно работают часто

Выбирайте продукцию промышленного класса с более высокими показателями долговечности

Шаг 4: Условия установки

Фактор окружающей среды

Воздействие на автоматический выключатель

Рекомендации по выбору

Температура окружающей среды

Более высокая температура снижает допустимый ток через выключатель, увеличивая риск ложного отключения

Проверьте кривые снижения характеристик производителя; в регионах с высокими температурами рассмотрите возможность выбора более высокого номинального тока или улучшения отвода тепла

Высота

Большая высота снижает плотность воздуха, уменьшая как рассеивание тепла, так и способность гашения дуги

Для высоты более 2000 м уменьшите номинальные характеристики в соответствии с требованиями производителя или выберите модели, подходящие для работы на большой высоте

Влажность

Высокая влажность может вызвать конденсацию, снижающую эффективность изоляции и вызывающую коррозию металла

Выбирайте продукцию с хорошей влагостойкостью; при необходимости установите обогреватели или осушители

Уровень пыли и загрязнения

Проводящая пыль может вызвать короткое замыкание; Накопление пыли также влияет на рассеивание тепла

В промышленных или горнодобывающих условиях используйте герметичные распределительные шкафы и выполняйте регулярную очистку и техническое обслуживание

Вентиляция и отвод тепла

Плотная установка нескольких выключателей повышает внутреннюю температуру шкафа

Обеспечьте достаточное пространство для установки; при необходимости добавьте вентиляторы или охлаждающие устройства

 

Заключение

Проблема повышения температуры автоматического выключателя при зарядке электромобилей не вызвана каким-то одним фактором.

На рабочую температуру автоматического выключателя в основном влияют следующие факторы:

  • Текущий размер
  • Размер сопротивления
  • Качество проводки
  • Температура окружающей среды
  • Условия вентиляции и теплоотвода

Повышение температуры, создаваемое автоматическим выключателем во время нормального прохождения тока, является нормальным явлением, поскольку все проводники обладают сопротивлением, и при прохождении тока выделяется тепло.

Если рабочая температура значительно выше нормального уровня, причину следует проанализировать, исходя из ситуации на месте, а не сразу судить о повреждении автоматического выключателя.

Для системы зарядки электромобилей выбор автоматического выключателя должен основываться не только на номинальном токе, но также учитывать:

  • Текущий проект системы
  • Отключающая способность
  • Параметры автоматического выключателя
  • Среда установки

Окончательный проектный план должен соответствовать местным электротехническим нормам и технической документации, предоставленной производителем зарядного оборудования для электромобилей.

Часто задаваемые вопросы

Вопрос 1: Может ли инфракрасная термография определить, поврежден ли автоматический выключатель?

Нет, он не может напрямую определить ущерб.

Инфракрасная термография в основном используется для обнаружения аномального повышения температуры в электрооборудовании.

При обнаружении аномальных температур дальнейшая проверка должна включать:

  • Надежны ли соединения
  • Существует ли длительная перегрузка
  • Соответствует ли размер проводника требованиям
  • Существуют ли проблемы с рассеиванием тепла в окружающей среде

Таким образом, термография — это диагностический инструмент, а не окончательное заключение о неисправности.

Вопрос 2. Как выбрать поставщика низковольтных выключателей?

Выберите производителя с зрелой системой контроля качества, возможностями тестирования на повышение температуры, международными сертификатами и опытом работы при постоянных нагрузках.

В3. Нормально ли, что автоматический выключатель нагревается?

При длительной работе с сильными токами слегка теплый выключатель является нормальным. Однако если к нему слишком жарко, чтобы было удобно прикасаться к нему, обычно возникает проблема.

Вопрос 4. Почему плохое соединение клемм приводит к нагреву?

Если клемма проводки не затянута с указанным крутящим моментом, эффективная площадь контакта между проводом и клеммой уменьшается.

Уменьшение площади контакта обычно приводит к увеличению контактного сопротивления.

Согласно закону Джоуля, увеличение сопротивления приведет к выделению большего количества тепла при том же токе, поэтому местная температура может значительно повыситься.

Поэтому большинство производителей автоматических выключателей указывают момент затяжки клеммы в инструкциях по установке.