Инсталация и поддръжка на зарядни станции за електромобили

Според статистика на Международната агенция по енергетика (МАЕ) над 5 милиона електромобила вече са в употреба, като броят им се увеличава ежегодно. Но за да могат водещите в индустриално отношение държави да постигнат амбициозните си цели за редуциране на емисиите, броят на електрическите превозни средства трябва да нарасне значително през следващите няколко години. За тази цел е необходимо да се подобри и технологията на зареждане. Потребителите очакват процесът на зареждане да се осъществява за по-малко от 30 минути. Тъй като електроинсталациите на повечето сгради не могат да предоставят необходимата променливотокова енергия и токоизправителите на електромобилите не могат да издържат на големи AC токове, трябва да се изгради мащабна мрежа от публично достъпни постояннотокови зарядни станции.

Избор на локация и инсталиране

Идеалното местоположение за зарядни станции за електромобили се характеризира с висока степен на удобство и видимост за шофьорите. Важно е също локацията и капацитетът на зарядната инфраструктура да се съобразят с характеристиките на шофьорите, които посещават станцията и целите на организацията, на чиято територия е разположена тя. Например посетителите на зарядна станция при търговски център могат да паркират за няколко часа, докато пазаруват, като по този начин продължителният престой осигурява ползи и за бизнеса. Така станциите, предоставящи зареждане в продължение на няколко часа са подходящи за такъв тип обекти с аналогични характеристики – ресторанти, театри, хотели, музеи и др., както и за бизнес паркове, летища, обществени гаражи и паркинги. Станции с DC бързо зареждане са най-подходящи за места, където се паркира за по-малко от половин час, като магазини, кафенета, аптеки и ресторанти за бързо хранене.

Процесът на инсталиране на зарядна станция за електромобили на определено място зависи от собствеността на имота и от типа на земеползване. Има обаче няколко фактора, които трябва да бъдат отчетени във всички случаи. Близостта до източник на електроенергия често е един от ключовите параметри за определяне на инсталационните разходи. Разполагането на зарядното оборудване в близост до съществуващ източник на електрическа енергия ще намали както разходите, така и времето за монтаж, особено ако е наличен и резервен капацитет. Добре е да се обмисли инвестиране в мерки за подобряване на ефективността за другите консуматори на енергия в рамките на имота, за да се намалят текущите разходи и да се освободи капацитет. В някои случаи може да е по-ценово ефективно да се реализира ново отклонение от разпределителен трансформатор на комуналното дружество, особено ако това ще скъси разстоянието от източника на електроенергия до желаното място за инсталиране на зарядната станция. Това ще редуцира и степента на изкопните дейности, необходими за прокарване на кабелните канали. В много случаи все пак ще е необходимо изкопаването на траншеи, като в тези ситуации е добре да се обмисли внимателно трасето, за да се избегне преминаването през тротоари, асфалтови настилки и други зони с множество ландшафтни характеристики.

Зарядните станции за стенен монтаж обикновено се отличават с по-ниски капиталови и инсталационни разходи, затова често са предпочитаният вариант, когато локацията разполага с подходяща стена. Опциите за двоен монтаж на зарядно оборудване също могат да допринесат за редуциране на общите разходи, тъй като допълнителните инвестиции за добавяне на още един контакт често са много по-ниски, отколкото тези за инсталиране на още една станция с единичен контакт.

Експозицията на зарядното оборудване на условията на околната среда трябва да бъде сведено до минимум. Зони, уязвими на наводнение или застояване на вода, трябва да се избягват.

Инсталиране на няколко станции

За монтажа на зарядни станции за електромобили важат същите правила, както за всеки друг вид електрооборудване. Изискванията за инсталиране на няколко станции в действителност не се различават от тези за единичен монтаж с изключение на отнасящите се до комуникационната инфраструктура между интелигентни станции, ако това е приложимо. Всяка зарядна станция трябва да бъде захранвана от индивидуално отклонение и да бъде оборудвана с прекъсвач. Електроразпределителното табло трябва да е с подходящ капацитет.

Ако проектът предвижда бъдещо разширение, силно се препоръчва строителните дейности за втората фаза (изграждане на бетонни основи и подземни канали) да се завършат предварително, още по време на първия етап. При оразмеряването на електрооборудването обаче не е необходимо да се отчитат бъдещите потребности.
Както е известно, някои производители предлагат зарядни станции с няколко контакта, които дават възможност за едновременно зареждане на няколко електромобила. Те трябва да се имат предвид при проектирането на остров от зарядни станции за няколко електрически превозни средства, когато разпределителното табло е с ограничен капацитет и надграждането му би било трудно.

Защита от пренапрежение

Технологията за DC зареждане е по-сложна и броят на скъпоструващите компоненти за реализирането й нараства. В случая на технологията на ултрабързо зареждане разделянето на трансформатор, преобразувател, охлаждане и потребителската техника е често срещано. Разстоянията между всяко устройство могат да достигнат 100 м и повече. Разбираемо е, че рискът от пряко или непряко падане на мълния при този сценарий е повишен. Поради това се изисква добре обмислено проектиране, за да се ограничи рискът от преходни пренапрежения и да се защити оборудването.

Въпреки че е общоприето, че гарантирането на сигурността на инвестициите е задължително, производителите и операторите често не са сигурни кои защитни устройства са необходими за постигането на тази цел. Класическият подход включва оценка на риска от директно падане на мълния върху зарядната инфраструктура, като добра основа за това са серията стандарти IEC 62305-1 до 4, които задават методология за извършването на оценката и различните видове и начини на външна и вътрешна мълниезащита за ограничаване на риска. Нивата на мълниезащита, дефинирани в стандарта, описват степените на вероятност една съществуваща мълниезащитна система да предпази инфраструктурата от падане на мълния. Тези нива помагат за определяне на вида на необходимата защита от пренапрежение. За да се оцени нуждата от мълниезащита за конкретни приложения, трябва да се отчетат и фактори като риск и интензивност на мълниите и последствията от тях. Тези изчисления обаче са времеемки и резултатите могат да покажат необходимост от инсталиране на външна мълниезащита (мълниеприемни пръти) и мрежеста заземителна система. Операторите рядко са готови да инвестират и в двете, освен ако стойността на зарядната инфраструктура за електромобили е много висока, какъвто е случаят с оборудването за ултрабързо зареждане.

От това е лесно да се заключи, че може би е честа практика операторите да поемат риска от възможна загуба на цялата зарядна техника, включително и електрониката на електромобилите, в случай на падане на мълния. Следователно защитата от преходни пренапрежения се свежда до предпазване от пикови напрежения по променливотоковите линии. Тези пренапрежения не трябва да се подценяват, тъй като поради голямата си продължителност могат да съдържат дори повече енергия от преходните пренапрежения, дължащи се на атмосферни явления. На тях се дължат повечето повреди на оборудването и могат да бъдат индуцирани от отдалечени падания на мълнии, комутации в електроразпределителната мрежа, причинени от самите зарядни станции за електромобили, или дори от превозни средства, свързани към тях. Сред възможните източници на повреда при тези сценарии са и късите съединения и заземяванията поради неизправност.

Устройствата за защита от пренапрежение Клас I/Тип 1 се инсталират на места, където се очаква генериране на токове вследствие на атмосферни явления. Клас II/Тип 2 устройства се инсталират във всички други случаи, когато принципно е необходима защита от преходни пренапрежения или когато се изисква координация със съществуващо устройство Тип 1 с цел да се редуцира ограничаващото напрежение (clamping voltage). Устройствата за защита от пренапрежение Клас III/Тип 3 са нужни предимно за много чувствително оборудване с пренапрежение категория I. Те не се използват за зарядна инфраструктура за електромобили.

Ако AC захранващите кабели на публично достъпни зарядни станции на улицата са инсталирани под земята, прякото падане на мълния върху тях се изключва. В тези случаи обикновено не се прави оценка на риска, а се вземат предвид само пренапрежения, включващи индуктивни токове от електроразпределителната мрежа. Тъй като главното AC разпределително табло е оборудвано предимно с чувствително оборудване, например интелигентен електромер, гейтуеи и др., в конкретната ситуация силно се препоръчва инсталирането на устройство за защита от пренапрежение Тип 2, а в някои държави това е задължително. Инсталирането на устройства Тип 2 на всеки от входовете на захранващите линии на зарядната станция е задължително, в случай че разстоянието между главното разпределително табло и станцията е над 10 м.

При публично достъпни зарядни станции, монтирани на улицата, с въздушни захранващи линии трябва да се следват указанията на приложение B на стандарт IEC 60364-5-53. На входа трябва да бъдат инсталирани устройства за защита от пренапрежение Тип 1 с минимален капацитет от 5kA (10/350 мs) на фаза за заземяване в трифазна система. Ако няма главно разпределително табло, необходимите устройства Тип 1 (по-добре Тип 1/Тип 2) са интегрирани в зарядните станции.

При зарядни станции за автомобили в обществени гаражи без външна мълниезащита и с въздушни захранващи линии, на входа трябва да се инсталира устройство за защита от пренапрежение Тип 1 или след, или преди електромера. Допълнителни устройства Тип 2 трябва да се монтират и при всяка зарядна станция, като е необходимо те да се координират със защитата на входа. При подземни захранващи линии се изисква инсталиране на устройства минимум Тип 2, дори ако според оценката на риска това не е необходимо. Причината е изискването на стандарт IEC 60364-4-44, раздел 443, че за всички сгради с търговска дейност трябва да бъде осигурена защита от пренапрежения.

Друг случай е, когато зарядните станции са в публично достъпен гараж, за който оценката на риска съгласно IEC 62305 показва необходимост от инсталиране на външна мълниезащита. В зависимост от избраното ниво на мълниезащита трябва да се изчисли номиналният разряден ток на необходимите мерки за изравняване на потенциала. Обикновено се използват устройства за защита от пренапрежение Тип 1, които трябва да се инсталират на входа, с номинален разряден ток или 25 kA (10/350 мs), или 12,5 kA (10/350 мs) на фаза за заземяване в трифазна система. Катодни отводители Тип 2 трябва да се монтират при всяка зарядна станция за автомобили.

Една от разликите между ултрабързото зареждане и конвенционалните AC и DC технологии е, че се изисква по-силен захранващ ток, който обикновено не може да се осигури от електроразпределителната мрежа ниско напрежение. Поради това се инсталират трансформатори средно напрежение. Освен това, както беше споменато, зарядната инфраструктура често е модулна, т. е. трансформаторната станция средно напрежение, AC/DC преобразувателят и зарядните станции се разполагат на няколко метра разстояние. В бъдеще към инфраструктурата могат да се добавят и допълнителна система за съхранение на енергия или фотоволтаични панели. Разстоянието между оборудването прави наличието на подходяща защита от пренапрежение задължителна, като е необходимо тя да може да поеме и ток на мълнии.
В случай че мълния удари улична лампа в близост до публично достъпната зарядна станция, разпространяващият се в земята ток създава разлика на напрежението от няколко киловолта между модулите на структурата, поради което е необходимо изравняване на потенциалите. Затова се препоръчва инсталиране на устройства за защита от пренапрежение Тип 1 или Тип 1/Тип 2. Катодни отводители трябва да се монтират на всеки вход и изход на кабел, като това важи и за AC, и за DC зареждането.

По преценка на доставчика на трансформатора се инсталират допълнителни арестори средно напрежение. Тъй като се очаква най-високо ниво на надеждност и зареждането на електромобила трябва да бъде безопасно дори при силна буря, трябва да се използват висококачествени издръжливи устройства за защита от пренапрежение.

Въпреки че според стандарт IEC 60364-4-44 не е задължително, се препоръчва защитата да включва инсталиране на катодни отводители и за всички линии за данни и комуникация, например за обмен на данни между превозното средство и станцията, управление и мониторинг, интернет достъп, видеонаблюдение и др. Уличните лампи могат да действат като мълниезащитни пръти – ако са разположени в близост до зарядна станция и електромобил, няма възможност за падане на мълния и върху двете.

Защита от сняг

Съществуват няколко варианта за защита на зарядната инфраструктура от сняг и гарантиране на достъп до оборудването. Въпреки че всяка една от опциите може съществено да повиши инсталационните разходи, това може да се компенсира от спестявания на оперативните разходи и намалена необходимост от поддръжка.
Покриването на станциите с навес предпазва не само оборудването, но и настилката на паркоместата от влошаване на състоянието им вследствие на метеорологични влияния. Навесите осигуряват също по-висока видимост на зарядната инфраструктура, а в тях могат да бъдат интегрирани и соларни панели, които да предоставят енергия за станцията. В някои страни се предлагат готови решения, включващи навеси с интегрирани в тях зарядни станции.

Подповърхностното подгряване е друга опция за поддържане на работната зона без сняг или лед и тъй като вече е налично електрозахранване, инсталацията на такива решения е лесна. Има два вида системи за загряване на настилката – хидронични и електрически. При електрическите се използват нисконапреженови подложки, които загряват повърхността и предотвратяват натрупването на сняг. Хидроничните системи използват тръби, преминаващи под настилката, в които циркулира топла вода, смесена с антифриз. Инсталационните и оперативните разходи на тези системи трябва да бъдат оценени спрямо потенциалните спестявания от поддръжка.

Друг вариант е използването на навиващ се кабел, с който се осигурява достъп до станциите с минимум необходимост от почистване на снега. При много модели зарядни станции кабелът трябва да бъде навит ръчно, което може да стане трудно при студено време, когато кабелът се втвърдява.