EV充電インフラのサージ保護

落雷と過電圧による危険

充電インフラの大部分は建物の外に設置されているため、直接または間接的な落雷の影響を受ける危険性が特に高くなります。したがって、落雷や過電圧パルスに対する効果的な保護を確保するには、いくつかの調整された保護対策と保護装置が必要です。

ここでは、外部雷保護と内部雷保護を区別します。直接的な落雷に対する包括的な保護は、外部の避雷システムを使用した場合にのみ保証されます。外部避雷システムの空中端子は、落雷を「遮断」し、雷電流を安全に地面に放散し、地面全体に分配するように設計されています。内部の雷保護は、システム内の危険な火花を防止し、危険な電位差を最小限に抑えるように設計されています。

雷放電中に発生する電位差は、充電インフラストラクチャ内の電気部品の絶縁強度を超えることがよくあります。したがって、適切な保護対策を講じる必要があります。効果的な保護には2つのシステムが必要です。

• 高性能な電位均等化・接地システム。
• サージ保護デバイスの多段階の調整されたシステム。

雷によって引き起こされる過電圧パルスに加えて、充電インフラストラクチャは「人為的な」スイッチング操作によっても危険にさらされます。このようなスイッチング操作により、危険な過電圧パルスが発生し、それが電気導体を通じて拡散し、機器の寿命を早める可能性があります。これらのスイッチング操作には、充電プロセスの開始と停止のみが含まれており、その結果、高過電圧パルスが発生することがよくあります。サージ保護装置を使用することで、過電圧パルスによる損傷を防ぎ、機器の早期劣化を防ぐことができます。

サージ保護は必須

何十年もの間、事業者は産業システムを過電圧から保護してきました。VDE規制によれば、2016年以降、個人宅であっても、あらゆる新規設備や既存の電気システムの全面的な変更に対してサージ保護が義務付けられています。これは、充電ステーションや家庭用充電器などの恒久的に設置された機器に適用されます。

2019年10月、欧州のVDE 100規格はパート722で拡張され、充電インフラストラクチャに関する要件が指定されました。公共の場で利用できる充電装置も過電圧パルスから保護する必要があります。パート722では必要なサージ保護について詳しく説明されていませんが、VDE 0100パート443では、サージ保護をいつ設置する必要があるか (たとえば、公共設備、商業施設、または工業施設が衝撃の影響を受けやすい場合) について説明しています。どのサージ保護装置を選択するかは、VDE 0100パート534で規定されています。

カスタマイズされたサージ保護

充電インフラストラクチャ内の充電ポイントの空間設計と配置は、過電圧パルスや雷電流によって予想される負荷に大きな影響を与えます。したがって、個々の充電パークごとにリスク評価を実施する必要があります。そうすることで初めて、適切なサージ保護装置と最適な設置場所を選択できるようになります。専門家が実施するリスク評価の結果により、特定の設置場所にタイプ1またはタイプ2のサージ保護装置を設置するかどうかの決定が容易になります。デバイスを接続するケーブルの配線方法も、保護効果に大きな影響を与える可能性があります。したがって、サージ保護装置は専門家によって設置されることが重要であり、装置メーカー自身もこれに関する推奨事項を提供しています。

直撃雷や高エネルギー雷電流が予想される場合は、高性能なタイプ1デバイスを使用する必要があります。Valvetrab EV T1/T2により、Phoenix Contactは充電インフラストラクチャ向けにカスタマイズされた保護デバイスを提供します。外部雷保護システムがない場合、またはそのようなシステムが必要ない場合は、コスト効率の高いタイプ2デバイスでも十分な保護が提供されます。これらのデバイス（Phoenix Contact社のValvetrab EV T2タイプ2サージ保護デバイスなど）は、配電ステーション、充電ステーション、家庭用充電器に設置されます。

充電ステーションでは、多数のコンポーネントにも24 V DCが供給されます。このための24 V電源は、たとえば、タイプ3サージ保護装置を使用して保護できます。充電パークや一般公開されている充電ステーションには、課金システムとの通信用コンポーネントも設置されています。たとえば、このような通信はイーサネット接続を介して行われるため、タイプD1サージ保護が推奨されます。

インフラストラクチャのその他のコンポーネント

Phoenix Contactは、「CHARX」という名前で、車両の電動化と強力な充電インフラストラクチャの構築の両方に対応する、調整された充電技術コンポーネントを幅広く提供しています。すべてのCHARXコンポーネントは、e-モビリティ アプリケーションでの使用向けに特別に設計されています。包括的な製品ラインナップにより、電気自動車用のACおよびDC充電ポイントをシンプルかつ便利に、コスト効率よく構築できます (図3)。

まとめ

電気自動車の充電インフラは、車両自体と同じくらい複雑です。充電ステーションには、電源や充電プロセスを視覚化するコンポーネントからイーサネット通信用のケーブルに至るまで、多数の敏感なコンポーネントが含まれています。充電インフラストラクチャの耐用年数を長く保つため、またユーザーの安全を確保するために、これらを保護する必要があります。充電インフラストラクチャの面でもモビリティの移行をマスターするには、設置されたコンポーネントをできるだけ多く相互に調整し、単一のソースから利用できるようにすることが有利です。Phoenix Contactの包括的なCHARX製品プログラムを利用するユーザーは、これらの利点を享受できます。

充電ステーションと家庭用充電器のサージ保護

3つの領域における保護コンセプト:

• タイプ1+2複合雷電流およびサージアレスタとタイプ2電源保護装置は、落雷やグリッドのスイッチング操作によって発生する危険な過電圧から給電を保護します。
• タイプ3サージ保護装置は、充電ステーション内の多数の敏感なコンポーネントの長期的な機能を保証します。
• 通信コンポーネントは通常イーサネット経由で接続されるため、保護する必要があります。

CHARX Protectサージ保護

一目でわかる:

• 包括的な製品ラインナップにより充電インフラを完全に保護
• 保護された電源により充電プロセスが中断なく継続
• 安全なサージ保護コンセプトによるコネクテッド電気自動車の保護