Villanyszerelők Lapja

Zöld oldal

Szükség van-e B típusú áram-védőkapcsolóra az elektromosautó-töltőállomásokban?

2018. február 12. | Kozma László |  546 | |

Szükség van-e B típusú áram-védőkapcsolóra az elektromosautó-töltőállomásokban?

Nevezhetjük provokatív témafelvetésnek is a címben olvasható kérdést, de az biztos, hogy sarkalatos témakör. Mivel ezeket a készülékeket installációtechnikailag be kell építeni az áramkörökbe, ezért nem kerülhetjük el a dilemmát. Az viszont már kérdés tárgya lehet, hogy milyen típust válasszunk az elektromosautó-töltőállomásokhoz? A döntéshez próbál segítséget nyújtani cikkünk.

Áram-védőkapcsolókról általában

Mielőtt a címben található kérdéssel foglalkozunk, nézzük meg, mi is az áram-védőkapcsoló feladata és milyen típusok érhetők el kereskedelmi forgalomban. Honnan máshonnan tudhatnánk ezt meg, mint a készülékekről rendelkező szabványokból. Mint az olyan sok szabvány esetében elmondható, az áram-védőkapcsolókról szóló, jelenleg is érvényben lévő hazai szabvány is MSZ EN jelzésű, vagyis EuroNorm alapokon nyugszik és uniós egyetértésen alapul. Másik fontos jellemzője, ami idehaza már kevésbé örömteli, hogy angol nyelven érhető el. Az áramvédőkről rendelkező érvényben lévő hazai szabvány tehát az MSZ EN 61008-1:2012/A12:2017, valamint ennek a szabványnak a 2. fejezete. Szerencsére a szabványkönyvtárban még elérhető a 2009-es kiadású magyar nyelvű változat, amelyből sok fontos információ elolvasható magyar nyelven. Az áram-védőkapcsoló egy egyszerűsített magyar megnevezés, amely a funkció leírásából adódik. A szabványban található angol megnevezése szerint (RCCB – residual current operated circuit-breaker without integral overcurrent protection) az áramvédő tulajdonképpen szivárgóáram által működésbe hozott áramköri megszakító, amely nem rendelkezik túláramvédelmi funkcióval. Hétköznapi nyelvben hívják még ÁVK-nak, szivárgóáram-védelemnek, FI relének, de hallható az érintésvédelmi relé, ÉV relé elnevezés is. Jegyezzük meg azonban itt, hogy a szabványos elnevezés és általában a katalógusokban való hivatkozás helyesen: áram-védőkapcsoló.

Maga a készülék kapcsolótáblákban rendkívül könnyen felismerhető, hiszen ez az egyetlen olyan készülék, amely tesztgombbal rendelkezik és bizonyos időközönként (jellemzően félévenként) rendszeresen ellenőrzendő ennek a tesztgombnak a megnyomásával. Az sem mellékes tény és fontos szempont, hogy míg a megszakítók védik a berendezéseket és az azokat ellátó kábeleket, addig az áramvédő gondoskodik az emberek védelméről. Szerencsére a szabványok értelmében az áramvédők alkalmazása nehezen elkerülhető, így a mindennapi gyakorlat részévé vált ezen védőeszközök használata. Magyarország érett piacnak tekinthető áramvédők használata tekintetében, még talán azzal lehetne javítani a helyzeten, ha bizonyos áramkörök dedikált áramvédős védelmet kapnának, szemben a betáplálási ponton elhelyezett egyetlen védelemmel. Ez azt jelenti, hogy azon áramkörök, amelyek különlegesek bizonyos szempontból (jobban érintettek szivárgóáram miatt, például háztartási területen a mosógép vagy hűtő áramkörei, esetleg az elektromos sütő áramköre), a leágazásuk pontjában kapjanak külön áram-védőkapcsolót, így ha itt szivárgóáram lép fel, akkor a megfelelően szelektív rendszer esetében csak a szivárgóárammal sújtott áramkör kapcsol le, nem pedig az egész áramköri rész (például egy teljes háztartás).

Az áram-védőkapcsoló működésének leírását rengeteg módon meg lehet fogalmazni, én az egyik népszerű műszaki kézikönyv leírását hívom segítségül:

„A villamos áramkör összes aktív vezetőjét körülöleli egy vasmag. A vasmagban a fluxust az aktív vezetők pillanatnyi áramértékének előjelhelyes összege, azaz a gerjesztés hozza létre, azaz az egyik irányban átfolyó áram pozitív (I1), míg az ellenkező irányú áram negatív (I2).

Hibamentes áramkörben az oda- és visszafolyó áramok eredője nulla I1+I2= 0, így a vasmagban nem jön létre váltakozó fluxus, és a tekercsben nem indukálódik feszültség. A földzárlati áram (Id) keresztülfolyik a vasmagon a hibahely felé, és vagy a földön, vagy/és a védővezetőn (TN-rendszerben) folyik vissza a tápforráshoz. A vasmagon átvezetett vezetők oda-vissza folyó áramegyensúlya megbomlik, és a különbözeti váltakozó áram váltakozó mágneses fluxust hoz létre a vasmagban.

Az áramok különbségét, mint ismeretes „differencia, maradék, különbözeti” jelzővel jellemzik, és az elvet differenciaelvnek tekintik. Az eredő váltakozó fluxus a vasmagon elhelyezett tekercsben váltakozó feszültséget indukál, és a megszakító kioldó tekercsének zárt áramkörén keresztül áramot (I3) hajt. Ha a különbözeti áram meghaladja a kioldón beállított értéket, az vagy közvetlenül, vagy elektronikus relé útján kioldja az illetékes megszakítót.”

(Schneider Electric Épületvillamossági kézikönyv 2007 kiadás.)

A működési elvet leíró rajz az 1. képen, a 3 fázisú, 4 pólusú készülék sematikus rajza pedig a 2. képen látható.

1. kép: Az áram-védőkapcsoló működési elve.

2. kép: Az áram-védőkapcsoló sematikus ábrája.

Magyarázatként még annyit érdemes hozzátenni, hogy az áram-védőkapcsoló önmagában nem képes túláramokat (túlterhelést vagy zárlatot) kezelni, ezek ellen önmagát is védeni kell (például kismegszakítóval). Viszont névleges áramértéket képes megszakítani, és természetesen a szivárgóáramot érzékelni és kioldási parancsot adni. Az emberi védelem érdekében az áramkörbe került emberen nem haladhat keresztül 30 mA-t meghaladó váltakozó áram (50 Hz-es), mert az már tartósan és súlyosan veszélyeztetné az életet.

Áram-védőkapcsolók típusai

Anélkül, hogy nagyon elmerülnénk az áramvédők részleteiben, érdemes cikkünk megértése érdekében leírni, hogy milyen típusok állnak rendelkezésre a védelmi funkciók ellátásához. Az áram-védőkapcsolókat nagyon sokféleképp osztályozza a szabvány (felszerelés módja, pólusok száma, hálózati feszültségtől való függőség, időkésleltetés), mi most két szempontot elemzünk. Itt azonban érdemes megállni egy pillanatra és egy fontos kitételt megjegyezni. A magyarországi gyakorlat és az érintésvédelmi bizottság ajánlása szerint idehaza kizárólag az úgynevezett hálózati feszültségtől funkcionálisan független áram-védőkapcsolók használhatók, ugyanis ezek biztosítják a kioldást minden körülmények között a szivárgóáram fellépése esetén (tulajdonképpen ez azt jelenti, hogy szivárgóáram által működésbe hozott kioldóáramkör nem függ a hálózati feszültségtől, ha fennáll az áramkülönbözet a fent leírtaknak megfelelően, az mindig ki fogja oldani a kapcsolót). A különböző típusok több szempontból is döntőek, egyrészt meghatározzák, hogy milyen típusú szivárgóáramokat képesek érzékelni (egyenáram, lüktető egyenáram, váltakozóáram), illetve utalnak a zavarvédettségükre is.  

Az első és talán legfontosabb szempont az emberi védelem miatt az egyenáramú komponenssel szembeni védettség szempontja. A 61008 szabvány csak két alapvető típusról rendelkezik ilyen szempontból, ezek az úgynevezett AC és A típusok, de nekünk ez nem elegendő, főleg az elektromosautó-töltőállomások szempontjából. Az MSZ EN 62423:2013 szabvány, amelyet elsőként 2007-ben publikáltak, bemutat speciális típusú FI reléket, ezek az F és B típusok.

A gyártói leírásokból és szabványkövetelményekből jól látható, hogy a legtöbb funkcionalitással az úgynevezett B típus rendelkezik, ez a leginkább zavarvédett változat és ez az, amelyik a legtöbb hullámformával (váltakozó áram, löktető egyenáram, valódi egyenáram…) meg tud küzdeni, amikor szivárgóáram-érzékelésről van szó. Az AC típus gyakorlatilag csak szinuszos váltakozó áramú áramkörökben alkalmazható, az A típus pedig szinuszos váltakozó és úgynevezett lüktető egyenáramú hullámformákkal rendelkező áramkörökben. Az F típus tulajdonképpen ugyanazt tudja, mint az A típus, csak valamelyest zavarvédettebb megoldás, nagyobb frekvenciás áramkörökben is hibamentesen tud működni. Az A típusú reléknek létezik egy SI (super immunized – zavarvédett) változata is, amely védett lehet különböző mechanikai és villamos zavarok ellen, így a nemkívánatos kioldásokat el tudja kerülni. Nagyon fontos, hogy életvédelmi eszközről beszélünk, ezért a megfelelő típus kiválasztása szó szerint életeket menthet. Ha ugyanis a nem megfelelő típus kerül az áramkörbe, akkor lehet, hogy sokszor fogja bosszantani a felhasználókat nemkívánatos kioldásokkal (akkor old ki, amikor nincs szivárgóáram, de megzavarta az érzékeny eszköz működését például egy felharmonikus). Ennél súlyosabb helyzet viszont az, amikor nem megfelelően érzékeli a például DC szivárgóáramokat és nem old ki, ezzel „jobb” esetben tüzet okozhat, legrosszabb esetben pedig emberélet kerülhet veszélybe!

A kicsit hosszúra nyúlt, de még így sem teljes áramvédős kitekintés segít a típusok eligazodásában és utat mutat abban, hogy az elektromos autók töltésére alkalmas berendezések áramköreiben milyen védelmi eszközöket kell elhelyeznünk. Mielőtt azonban rátérünk cikkünk tárgyára, engedje meg az olvasó, hogy felhívjam a figyelmet, a töltőállomás elé elhelyezésre kerülő áram-védőkapcsoló elé egy leválasztásra alkalmas eszköz és egy túláramvédelmi eszköz is beszerelésre kell, hogy kerüljön. Ugyanis, mint azt már korábban leírtuk, az áramvédő ezen két funkció megvalósítására nem alkalmas, kizárólag életvédelmi funkciót tölt be. Túláramvédelemre, illetve leválasztásra alkalmas lehet egy olvadóbiztosítós aljzat betéttel, valamint egy megfelelő kismegszakító. Összefoglalva tehát, praktikus indíttatástól vezérelve a töltőállomások elé sorban érdemes elhelyezni egy kismegszakítót (vagyonvédelem) és egy áram-védőkapcsolót (emberi életvédelem). Jelen cikkünk nem foglalkozik a túlfeszültségek kezelésével, bár a töltőállomás és az elektromos autó is sok elektronikus részegységgel rendelkezik, amelyek érzékenyek lehetnek túlfeszültségekre, és ezek ellen is érdemes védekezni, lévén ezek a vagyontárgyak nagyon drágák.

Elektromosautó-töltőállomások áram-védőkapcsolóinak típusai

Az elektromosautó-töltőállomások áramköreiben használatos áram-védőkapcsoló típusokat kellő gondossággal érdemes kiválasztani. Érdemes figyelembe venni a tényt, hogy ebben az esetben is, mint sok más háztartási eszköz esetén, döntő többségében laikusok működtetik a töltőállomásokat és az elektromos autókat. Ráadásul rendkívül nagy mennyiségű energiákat kell az autó működéséhez az akkumulátorokba tölteni, sok esetben nagyon rövid idő alatt. Természetesen az emberi élet szempontjából lényegtelen a nagy áram mennyisége, mert egy emberre már akár 30 mA-es nagyságú, 50 Hz-es váltakozó áram is lehet halálos, így az elektromosautó-töltőállomások esetében is ezt az érzékenységet kell kiválasztani. Szerencsére azonban nem kell sokat ötletelni és találgatni, ugyanis az MSZ HD 60364-7-722:2016 installációs szabvány pontosan megmondja, hogy hol és mikor, milyen típusok használata ajánlatos. Egész pontosan az MSZ HD 60364-7-722:2016 fejezetet kell keresni, amely a különleges berendezésekre, azon belül is a villamos járművek táplálására koncentrál. Sajnos ez a szabvány is kizárólag angol nyelven érhető el idehaza, bár MSZ HD megjelöléssel honosított a Magyar Szabványügyi Testület. Ez a szabványfejezet nem túl régi, alig 1 évvel ezelőtt került publikálásra, ezért érdemes egy kicsit jobban elmélyedni ajánlásaiban. Szabad fordításban a 722.531.2.101 pont és annak 2016-os kiegészítése arról rendelkezik, hogy minden olyan pont, amely csatlakozik töltőállomáshoz, az önálló RCD-védelmet kell kapjon (a 722.531.101 pont rendelkezik arról, hogy ugyanezen áramkörökben önálló túláramvédelmet kell alkalmazni), amely nem haladja meg a 30 mA-es különbözeti áram értéket. Ez az áramvédő minden feszültség alatt álló vezetéket meg kell szakítson, beleértve a nullavezetőt is. Az áramvédőnek legalább A típusúnak kell lennie, de a több áramkörös betáplálások esetén, ahol nem ismertek a terhelési viszonyok, gondoskodni kell a DC hibaáramok érzékeléséről, például B típusú RCD-vel. Ez alól akkor tehetünk kivételt, ha a DC szivárgóáram-védelemről a töltőállomás gondoskodik, például beépített védelem formájában. Érdemes megfigyelni, hogy már a 2016-os kiadás megemlíti a B típusú áram-védőkapcsoló alternatívájaként az olyan A típusú védelmet, amely legalább 6 mA DC hibaáram-érzékeléssel rendelkezik. Ezt azért említem meg, mert úgy néz ki, hogy elfogadásra került egy új szabvány (IEC 62955), amelynek végleges szövegváltozatát az országok között köröztették 2017. év végén, és amelyet hamarosan publikál a nemzetközi szabványügynökség. Ebben várhatóan szerepelni fog egy új pont, amely egy új készülék használatát engedélyezi, ami tulajdonképpen egy RDC-MD készülék (Residual Direct Current Monitoring Device – DC szivárgóáram figyelő készülék), amely egy különálló védelmi eszközzel van mechanikai összeköttetésben (3. kép).

3. kép: RDC-MD készülék (Residual Direct Current Monitoring Device – DC szivárgóáram figyelő készülék).

4. kép: RDC-MD készülék bekötése.

5. kép: Egy RDC-MD készülék.

6. kép: B FI relé.

7. kép: A vagy A SI FI relé.

Várhatóan a jövő elektromosautó-töltőállomásai már ilyen eszközzel lesznek felszerelve, így nem kell A SI vagy B típusú áramvédőkről külön gondoskodni. A figyelőrelé a töltőben kerül elhelyezésre a vezérlő elektronikában, míg az A típusú áramvédő a DIN sínen fog elhelyezkedni. Ha DC szivárgóáram lép fel, akkor az elektronikán elhelyezett RDC-MD PWM jellel leállítja a töltőállomás vezérlő elektronikáján keresztül a töltést, majd nyitja a töltőben megtalálható mágneskapcsolót. Vagyis nem az áram-védőkapcsoló fog kioldani. Így DC szivárgóáram esetén „csak” a töltés áll le ideiglenesen, mindaddig, amíg a DC szivárgóáramot szolgáltató autót le nem választják a töltőről, ha a töltőn megszűnik a DC szivárgás, akkor a következő autót már képes lesz tölteni, mert az áramvédő nem kapcsolt le. Ez előnyös megoldás lehet üzemeltetés szempontjából.

Azért érdemes ezeket a szempontokat mérlegelni, mert a műszaki oldal mellett mindig van egy gazdasági megfontolás is. Azt már korábban lehetett olvasni cikkeinkben, hogy egy AC töltőállomás már 200 000–300 000 Ft-ért megvásárolható. Viszont ha ez a töltőállomás 3 fázisú, akkor a jelenlegi szabvány értelmében 3 fázisú B típusú FI relével felszerelendő. Azt érdemes tudni, hogy az AC típusú áramvédő néhány 1000 Ft-ba kerül, az A típusú viszont 10 000 Ft nagyságrendű, az A SI változat már akár több 10 000 Ft lehet. A B típus pedig 150 000–200 000 Ft-ba kerül, tehát összemérhető az áram-védőkapcsoló a töltőállomás árával, ha pedig a töltőállomás 2 töltőfejjel rendelkezik, akkor 2 db 3 fázisú, B típusú FI relére van szükségünk, ami 400 000–500 000 Ft is lehet. Nem mindegy tehát, hogy milyen megoldást választunk a különböző töltőkhöz.

Még egy szempontot érdemes figyelembe venni. A töltőállomások nagyon sokféle autót fognak kiszolgálni a kereskedelemben és a közterületeken. Tesztek és kutatások mutatják, hogy a különböző autógyártók típusai töltés közben néhány mA DC szivárgóáramot üzemszerűen „előállítanak”, ami nem nevezhető hibának. Ha tehát egy olyan töltőállomásra áll rá egy ilyen autó, ahol 6 mA DC szivárgóáram küszöbértékkel rendelkező beépített RDC-MD lesz, akkor ott ez az autó nem fog tudni tölteni, sok bosszúságot okozva az autó tulajdonosának. Egy RDC-MD 6 mA DC szivárgóáram küszöbértékkel rendelkező figyelőrelé is már kereskedelmi forgalomban elérhető típus, melynek ára 30 000–40 000 Ft között mozog.

A leírt körülményeket vizsgálva kijelenthető, hogy a legnagyobb biztonságot és üzemeltetési folytonosságot akkor lehet garantálni, ha 1 fázisú töltőállomásokat A SI (super immunized = zavarvédett) típusú, míg 3 fázisú töltőállomásokat B típusú áramvédővel védünk életvédelem tekintetében (nem megfeledkezve a túláramvédelemről kismegszakító formájában). Így mindkét esetben gondoskodtunk a megfelelő AC és DC szivárgóáramok elleni küzdelemről, valamint a különböző villamos zavarok elleni védelemről.

Hozzáteszem, hogy az elektromos autózásban úttörő és élen járó szervezetek, a Renault-gyár által létrehozott ZE Ready irányelvek és a különböző gyártókat (autógyártók, autóipari beszállítók, elektromosautó-töltőgyártók) összefogó szervezet is A SI és B típusú áramvédőket ajánl.

Természetesen minden szabvány alkalmazása önkéntes, mivel nem jogszabályokról és törvényekről van szó, pusztán műszaki, technikai „ajánlásokról”. Arra azonban felhívjuk a figyelmet, hogy a szabványostól eltérő megoldás esetében igazolni kell az alkalmazott eljárásról, hogy legalább olyan biztonságos és megfelelő, mint a szabványban leírtak, esetleg attól a biztonság oldalára eltérő erősebb megoldás. Így tehát jogi értelemben nem kötelező a szabvány alkalmazása, azonban az ettől eltérő megoldások bíróság előtti megvédése rendkívül nehézkes és költséges, nagy felelőséggel járó feladat. Javasoljuk tehát az érvényben lévő szabványok alkalmazását, illetve a körülményekhez alkalmazkodó legnagyobb biztonságot nyújtó megoldás választását!

E-mobilitáse-töltőElektromos autó