Stacja ładowania może być zamontowana idealnie. Kabel może być estetycznie poprowadzony, wallbox poprawnie skonfigurowany, a samochód może ładować się bez żadnych komunikatów o błędach. To jednak nie oznacza jeszcze, że cała instalacja pracuje bezpiecznie.
Czasami prawdziwy problem znajduje się kilkanaście albo kilkadziesiąt metrów dalej – w rozdzielnicy elektrycznej.
Podczas jednej z naszych wizji lokalnych u klienta po otwarciu rozdzielnicy poczuliśmy charakterystyczny zapach rozgrzanego tworzywa. Pomiar temperatury aparatury zabezpieczającej obwód stacji ładowania pokazał około 95°C na wyłączniku nadprądowym i różnicowoprądowym.
Stacja w tym czasie działała.
Samochód się ładował.
A instalacja nie zgłaszała awarii.
I właśnie dlatego prawidłowe przygotowanie rozdzielnicy pod stację ładowania samochodu elektrycznego jest równie ważne jak wybór samego wallboxa. Ładowanie EV to specyficzne obciążenie elektryczne: stosunkowo duża moc może być pobierana nie przez kilka minut, lecz przez wiele godzin. Jeżeli którykolwiek element instalacji został źle dobrany, wykonany lub podłączony, skutki mogą pojawić się dopiero podczas długotrwałej pracy.
W skrajnym przypadku konsekwencją przegrzewania może być uszkodzenie izolacji, aparatury rozdzielczej, przewodów, a następnie pożar rozdzielnicy.
Dlaczego stacja ładowania tak mocno „sprawdza” instalację elektryczną?
Czajnik elektryczny może pobierać 2 kW, ale zwykle pracuje przez kilka minut. Piekarnik pobiera większą moc przez dłuższy czas, jednak jego grzałki cyklicznie się włączają i wyłączają.
Wallbox działa inaczej.
Trójfazowa stacja ładowania o mocy 11 kW może podczas ładowania pobierać około 16 A na każdej fazie. Przy mocy 22 kW jest to około 32 A na fazę. I taki pobór może utrzymywać się przez kilka godzin.
Dla prawidłowo zaprojektowanej instalacji nie stanowi to problemu. Właśnie po to dobiera się odpowiednie przekroje przewodów, zabezpieczenia i aparaturę.
Problem zaczyna się wtedy, gdy instalacja była projektowana na granicy swoich możliwości albo podczas montażu popełniono błąd.
Niewielka wada, która przy krótkotrwałym obciążeniu pozostaje praktycznie niezauważalna, przy przepływie kilkudziesięciu amperów przez wiele godzin może ujawnić się bardzo wyraźnie.
Dlatego obwodu stacji ładowania nie powinno się traktować jak kolejnego zwykłego obwodu w budynku.
95°C w rozdzielnicy podczas ładowania samochodu – czy to normalne?
Nie należy zakładać, że każde zabezpieczenie elektryczne powinno podczas pracy pozostawać zimne. Przepływ prądu powoduje wydzielanie ciepła i pewien wzrost temperatury jest zjawiskiem naturalnym.
Nie istnieje również jedna uniwersalna granica „70°C dla całej rozdzielnicy”. Dopuszczalna temperatura zależy od konkretnego przewodu, izolacji, aparatu, sposobu instalacji, temperatury otoczenia i warunków określonych przez producenta. Dla wielu popularnych przewodów z izolacją PVC maksymalna temperatura żyły podczas pracy ciągłej wynosi 70°C, podczas gdy inne konstrukcje kablowe są przeznaczone do pracy przy temperaturze żyły sięgającej 90°C.
Jednocześnie około 95°C zmierzone na aparaturze w rozdzielnicy zasilającej wallbox jest wynikiem, którego nie wolno zignorować, szczególnie jeżeli towarzyszy mu charakterystyczny zapach rozgrzanego tworzywa.
Taki obraz wymaga zatrzymania ładowania i diagnostyki wykonanej przez wykwalifikowanego elektryka.
Trzeba przy tym pamiętać, że termowizja pokazuje temperaturę powierzchni badanego elementu. Na wynik mogą wpływać m.in. emisyjność materiału, odbicia i miejsce wykonania pomiaru. Kamera termowizyjna jest więc doskonałym narzędziem diagnostycznym, ale przyczyny problemu należy potwierdzić dodatkowymi pomiarami.
Fluke wskazuje, że nieprawidłowe nagrzewanie instalacji elektrycznej może być wynikiem zarówno nadmiernego prądu, jak i zwiększonej rezystancji połączenia. Szczególnie niebezpieczne są luźne lub nieprawidłowo wykonane połączenia, ponieważ lokalna temperatura może rosnąć bardzo mocno mimo pozornie prawidłowego obciążenia całego obwodu.
Dlaczego zabezpieczenie może się przegrzewać, mimo że nie „wybija”?
To jedno z najważniejszych zagadnień przy diagnostyce takich przypadków.
Wiele osób zakłada:
„Jeżeli coś byłoby nie tak, zabezpieczenie przecież by zadziałało”.
Niestety nie zawsze.
Wyłącznik nadprądowy chroni instalację przede wszystkim przed przeciążeniem i zwarciem. Nie jest jednak czujnikiem temperatury każdego miejsca połączenia w rozdzielnicy.
Wyłącznik różnicowoprądowy pełni z kolei inną funkcję – jego podstawowym zadaniem jest ochrona związana z wystąpieniem prądu różnicowego. Sam RCD nie zastępuje zabezpieczenia nadprądowego, chyba że zastosowano aparat typu RCBO łączący obie funkcje.
Wyobraźmy sobie, że przez prawidłowo dobrany obwód płynie 32 A. Z punktu widzenia zabezpieczenia wartość może być dopuszczalna.
Jeżeli jednak jeden zacisk jest niedokręcony albo przewód nie został prawidłowo osadzony, w miejscu styku rośnie rezystancja.
A wraz z nią ilość wydzielanego ciepła.
W uproszczeniu opisuje to zależność P = I²R. Oznacza to, że ilość ciepła rośnie proporcjonalnie do kwadratu płynącego prądu. Przy dużych i długotrwałych obciążeniach nawet stosunkowo niewielkie pogorszenie jakości połączenia może mieć bardzo duże znaczenie.
Dlatego rozdzielnica może się lokalnie przegrzewać, mimo że samochód nadal się ładuje, a zabezpieczenie pozostaje załączone.
Najczęstsze przyczyny przegrzewania rozdzielnicy zasilającej wallbox
Nie ma jednej przyczyny pasującej do każdego przypadku. Diagnostyka powinna obejmować cały tor zasilania stacji ładowania.
W praktyce szczególną uwagę warto zwrócić na:
– nieprawidłowo wykonane lub poluzowane połączenia – zbyt mały moment dokręcenia, źle przygotowana końcówka przewodu albo niewłaściwe osadzenie przewodu w zacisku może zwiększyć rezystancję styku;
– nieprawidłowo dobrany przekrój przewodu – przekrój trzeba dobierać nie tylko do mocy wallboxa, lecz również do długości trasy, sposobu ułożenia przewodu, temperatury otoczenia, grupowania kabli i dopuszczalnego spadku napięcia;
– nieprawidłowo dobraną aparaturę zabezpieczającą – zabezpieczenie musi być skoordynowane zarówno z parametrami stacji, jak i przewodem oraz sposobem wykonania instalacji;
– przeciążenie elementów rozdzielnicy – problemem może być nie tylko sam wyłącznik, lecz także szyny grzebieniowe, listwy, rozłączniki, zaciski czy przewody łączące aparaturę;
– rozbudowę instalacji bez ponownego przeliczenia obciążeń – dodanie kolejnego wallboxa do istniejącej rozdzielnicy nie powinno sprowadzać się do znalezienia kilku wolnych modułów na szynie DIN.
Wytyczne projektowe dla systemów ładowania jednoznacznie wskazują, że przy doborze przewodów trzeba uwzględnić przekrój, materiał izolacyjny, obciążalność długotrwałą, długość trasy, maksymalną moc systemu, spadki napięcia oraz rodzaj zabezpieczeń. W instalacjach z wieloma poziomami zabezpieczeń dochodzi również kwestia ich selektywności.
Przekrój kabla do wallboxa – dlaczego nie wystarczy odpowiedzieć „dajemy 5 × 6 mm²”?
To bardzo częste pytanie:
Jaki przekrój kabla zastosować do stacji ładowania 11 kW lub 22 kW?
I bardzo często oczekuje się jednej odpowiedzi.
Problem w tym, że profesjonalnej odpowiedzi bez znajomości instalacji zwyczajnie nie da się udzielić.
Dwie stacje ładowania o identycznej mocy mogą wymagać różnych rozwiązań instalacyjnych.
Jedna może znajdować się pięć metrów od rozdzielnicy, druga sto metrów dalej. Jeden przewód może być prowadzony samodzielnie po ścianie, drugi w korycie razem z kilkunastoma innymi obciążonymi przewodami. W jednym miejscu temperatura otoczenia będzie umiarkowana, a w innym przewody będą prowadzone przez pomieszczenie techniczne o znacznie wyższej temperaturze.
To wszystko wpływa na obciążalność instalacji.
Dlatego przekroju kabla do stacji ładowania nie powinno dobierać się wyłącznie na podstawie prostego schematu: „22 kW = konkretny kabel”.
Producent jednej z analizowanych przez nas stacji wprost wskazuje, że parametry zabezpieczenia zależą od przekroju oraz długości kabla zasilającego, parametrów znamionowych ładowarki i warunków środowiska, a ostateczny dobór aparatury powinien należeć do projektanta lub wykwalifikowanego elektryka.
Jak prawidłowo przygotować rozdzielnicę pod stację ładowania?
Dobrze zaprojektowana rozdzielnica nie zaczyna się od pytania: „gdzie zmieścimy jeszcze trzy moduły?”.
Najpierw trzeba określić parametry obwodu i jego przewidywane obciążenie.
Trzeba sprawdzić możliwości istniejącej instalacji
Przed montażem stacji należy zweryfikować m.in. moc przyłączeniową, zabezpieczenie główne, istniejące obciążenia, stan rozdzielnicy oraz możliwość dołożenia kolejnego odbiornika dużej mocy.
W przypadku budynków wielorodzinnych przewodnik PSNM wskazuje wprost na potrzebę weryfikacji, czy moc przyłączeniowa oraz stan instalacji elektrycznej pozwalają na podłączenie ładowarki, a maksymalna moc punktu powinna uwzględniać dostępną rezerwę mocy.
Dokładnie ta sama logika techniczna powinna towarzyszyć montażowi wallboxa w domu czy firmie.
Zabezpieczenia trzeba dobrać do konkretnej stacji i instalacji
Nie ma jednego zestawu zabezpieczeń pasującego do każdego wallboxa.
Znaczenie mają wymagania producenta urządzenia, maksymalny prąd ładowania, zastosowany przewód i rozwiązania ochronne znajdujące się już wewnątrz samej stacji.
Przykładowo niektóre wallboxy mają wbudowane wykrywanie składowej DC 6 mA, co wpływa na dobór zewnętrznego wyłącznika różnicowoprądowego. Inne urządzenia mogą wymagać innej konfiguracji ochrony.
Dlatego przed montażem trzeba przeczytać dokumentację techniczną konkretnego modelu, a nie opierać się na rozwiązaniu stosowanym wcześniej przy innej stacji.
UDT przypomina, że dla urządzeń objętych odpowiednimi wymaganiami technicznymi należy zapewnić m.in. zabezpieczenie różnicowoprądowe i nadmiarowoprądowe, a szczegółowy sposób dobezpieczenia powinien wynikać z instrukcji eksploatacji urządzenia.
Trzeba policzyć cały tor zasilania
Projektant lub elektryk powinien spojrzeć nie tylko na wallbox i zabezpieczenie znajdujące się bezpośrednio przed nim.
Liczy się cały tor: od miejsca przyłączenia instalacji, przez zabezpieczenia główne i rozdzielnicę, aż po przewód zasilający stację.
Jeżeli powstaje kilka lub kilkadziesiąt punktów ładowania, trzeba również określić maksymalne jednoczesne obciążenie oraz sposób zarządzania dostępną mocą.
W dużych systemach zastosowanie dynamicznego zarządzania mocą może ograniczyć maksymalne obciążenie instalacji, ale nie zwalnia projektanta z prawidłowego doboru przewodów, rozdzielnic i zabezpieczeń.
Rozdzielnica musi mieć odpowiednią przestrzeń
„Zmieszczenie aparatu” i „prawidłowe zaprojektowanie rozdzielnicy” to dwie różne rzeczy.
Jeżeli urządzenia są bardzo ciasno zabudowane, temperatura wewnątrz obudowy może rosnąć. Trzeba również uwzględnić warunki pracy określone przez producentów aparatury oraz ewentualne współczynniki korekcyjne wynikające z temperatury czy sposobu zabudowy.
Przy większych instalacjach ładowania często lepszym rozwiązaniem jest wykonanie oddzielnej rozdzielnicy przeznaczonej dla infrastruktury EV niż dokładanie kolejnych elementów do istniejącej szafy, która już wcześniej pracowała na granicy możliwości.
Każdy obwód powinien być czytelnie opisany
Opisane zabezpieczenia, uporządkowane przewody i aktualny schemat elektryczny nie zwiększą magicznie obciążalności kabla.
Ale znacząco ograniczają prawdopodobieństwo pomyłki.
Jeżeli za kilka lat inny elektryk otworzy rozdzielnicę, powinien być w stanie szybko ustalić, które zabezpieczenie odpowiada za stację ładowania, skąd jest zasilane, jaki obwód chroni i jakie parametry zostały dla niego przewidziane.
Rozdzielnica nie powinna wyglądać jak zagadka logiczna zostawiona kolejnemu instalatorowi.
Porządek w rozdzielnicy naprawdę ma znaczenie
W branży elektrycznej czasami można spotkać podejście: „przecież działa”.
I faktycznie – może działać.
Przewody mogą być przypadkowo poprowadzone, aparatura nieopisana, połączenia wykonane za pomocą kilku różnych rozwiązań, a dokumentacji może nie być wcale.
Problem pojawia się dopiero podczas rozbudowy, awarii albo serwisu.
Dobra rozdzielnica powinna być wykonana tak, aby jej konstrukcja była logiczna i możliwa do zweryfikowania. Instalator powinien wiedzieć, gdzie znajduje się zabezpieczenie obwodu stacji, jaki przewód jest do niego podłączony i jakie obciążenie zostało przewidziane.
W przypadku instalacji ładowania ma to szczególne znaczenie, bo wraz ze wzrostem liczby samochodów elektrycznych instalacje często są później rozbudowywane.
To, co dzisiaj zasila jeden wallbox, za trzy lata może stać się początkiem systemu składającego się z kilku lub kilkunastu punktów ładowania.
Termowizja rozdzielnicy – bardzo skuteczny sposób na znalezienie problemu
Jednym z narzędzi, które doskonale sprawdza się przy diagnostyce instalacji pracujących pod dużym obciążeniem, jest kamera termowizyjna.
Pozwala ona znaleźć punkt, który nagrzewa się znacznie bardziej od pozostałych elementów.
Może to być zacisk przewodu, wyłącznik nadprądowy, RCD, połączenie szyny, rozłącznik albo fragment przewodu.
Szczególnie dużo informacji daje porównanie elementów pracujących w podobnych warunkach. Jeżeli trzy fazy są obciążone w podobny sposób, a jedna z nich osiąga wyraźnie wyższą temperaturę, jest to sygnał do dalszej diagnostyki.
Fluke wskazuje, że typowymi przyczynami takich anomalii są m.in. luźne lub skorodowane połączenia powodujące wzrost rezystancji, przeciążenie instalacji oraz nierównomierne obciążenie faz. Producent zaleca jednocześnie wykonywanie inspekcji przy instalacji znajdującej się pod rzeczywistym obciążeniem.
Sama termowizja nie odpowie jednak na pytanie, dlaczego element się nagrzewa.
Trzeba sprawdzić m.in. wartości prądów, jakość połączeń, momenty dokręcenia zgodne z dokumentacją aparatury, przekroje przewodów oraz stan elementów, które mogły już zostać uszkodzone wskutek wcześniejszego przegrzewania.
Zapach rozgrzanego plastiku z rozdzielnicy? Tego nie ignorujemy
Charakterystyczny zapach przegrzewającego się tworzywa powinien być traktowany jako sygnał ostrzegawczy.
Nie warto czekać, aż zabezpieczenie „samo wybije”.
Jeżeli podczas ładowania samochodu pojawia się zapach przegrzanego plastiku, widoczne przebarwienia aparatury, deformacja obudowy, ślady nadtopienia albo nietypowo wysoka temperatura, ładowanie powinno zostać przerwane, a instalacja sprawdzona przez osobę posiadającą odpowiednie kwalifikacje.
Nie należy również samodzielnie otwierać i dokręcać elementów znajdujących się pod napięciem.
Przegrzany zacisk może z czasem doprowadzić do degradacji izolacji i aparatury. Problem, który początkowo dotyczy kilku centymetrów instalacji, może więc ostatecznie doprowadzić do znacznie poważniejszej awarii.
A jeżeli rozdzielnica znajduje się w garażu, hali czy pomieszczeniu technicznym i nikt przez wiele godzin nie zauważy pierwszych oznak problemu, potencjalne konsekwencje są oczywiste.
Pomiary po montażu to nie formalność
Po wykonaniu instalacji stacji ładowania powinno się potwierdzić, że zastosowane środki ochrony rzeczywiście działają.
Zakres pomiarów zależy od charakteru instalacji i urządzenia, jednak samo sprawdzenie, czy wallbox uruchomił się i rozpoczął ładowanie samochodu, zdecydowanie nie jest wystarczającym odbiorem instalacji.
Dobrze wykonana instalacja powinna mieć również dokumentację umożliwiającą późniejszy serwis.
W przypadku stacji objętych wymaganiami technicznymi ustawa o elektromobilności wymaga, aby ich stan techniczny umożliwiał bezpieczne korzystanie z urządzenia, a przepisy dotyczące badań przewidują kontrolę parametrów elektrycznych oraz elementów zabezpieczających.
Przy instalacjach pracujących z dużym obciążeniem warto dodatkowo rozważyć kontrolę termowizyjną po osiągnięciu przez układ normalnych warunków pracy.
Bo niektórych problemów nie widać podczas pomiaru wykonywanego kilka minut po uruchomieniu.
Pojawiają się dopiero po dwóch, trzech czy pięciu godzinach ładowania.
Czy stacja ładowania może spowodować pożar rozdzielnicy?
Prawidłowo zaprojektowana, wykonana i eksploatowana instalacja stacji ładowania nie powinna stwarzać takiego zagrożenia.
Problemem nie jest więc sam fakt ładowania samochodu elektrycznego.
Ryzyko pojawia się wtedy, gdy urządzenie dużej mocy zostaje podłączone do instalacji, która nie została do takiej pracy właściwie przygotowana albo posiada wadę.
- Może to być niedokręcony zacisk.
- Nieprawidłowo dobrany przewód.
- Źle dobrane zabezpieczenie.
- Przeciążona szyna.
- Uszkodzona aparatura.
- Albo kilka drobnych problemów występujących jednocześnie.
Dlatego bezpieczeństwo infrastruktury ładowania należy rozpatrywać jako cały system, a nie wyłącznie wallbox wiszący na ścianie.
Czy przed montażem wallboxa trzeba sprawdzić rozdzielnicę?
Zdecydowanie warto.
W Greenkick podczas przygotowania inwestycji analizujemy nie tylko miejsce montażu stacji. Interesuje nas również sposób jej zasilania, dostępna moc, stan i możliwości istniejącej rozdzielnicy, trasa kablowa oraz rozwiązania zabezpieczające.
Jeżeli istniejąca infrastruktura nie pozwala bezpiecznie podłączyć stacji, rozwiązaniem może być przebudowa rozdzielnicy, wykonanie dodatkowej rozdzielnicy EV, zmiana sposobu zasilania albo zastosowanie systemu dynamicznego zarządzania mocą.
Znacznie lepiej dowiedzieć się o tym na etapie projektu lub wizji lokalnej niż po kilku miesiącach eksploatacji.
FAQ – rozdzielnica i zabezpieczenia stacji ładowania
Czy zabezpieczenie stacji ładowania może być ciepłe?
Tak. Przepływ prądu powoduje wydzielanie ciepła i pewien wzrost temperatury aparatury jest naturalny. Niepokojąca jest natomiast temperatura wyraźnie odbiegająca od innych elementów pracujących w podobnych warunkach, przekraczająca wymagania producenta albo połączona z zapachem przegrzania, przebarwieniem czy deformacją.
Czy 95°C na zabezpieczeniu wallboxa jest normalne?
Takiej temperatury nie należy uznawać za normalną bez szczegółowej weryfikacji parametrów konkretnej aparatury i warunków pomiaru. W praktyce wynik około 95°C na zabezpieczeniu obwodu ładowania, szczególnie w połączeniu z zapachem rozgrzanego tworzywa, jest mocnym sygnałem do natychmiastowej diagnostyki instalacji.
Jaki kabel zastosować do wallboxa 11 kW lub 22 kW?
Nie powinno się określać przekroju wyłącznie na podstawie mocy stacji. Należy uwzględnić długość trasy kablowej, sposób ułożenia przewodu, temperaturę, grupowanie z innymi przewodami, obciążalność długotrwałą, zabezpieczenie oraz dopuszczalny spadek napięcia.
Jakie zabezpieczenie różnicowoprądowe zastosować do stacji ładowania?
Zależy to od konstrukcji konkretnego wallboxa i zastosowanych wewnątrz niego zabezpieczeń. Niektóre urządzenia mają wbudowane wykrywanie składowej stałej 6 mA, inne wymagają innego rozwiązania po stronie instalacji. Zawsze należy stosować konfigurację zgodną z instrukcją producenta, projektem i obowiązującymi wymaganiami.
Czy kamera termowizyjna wystarczy do sprawdzenia rozdzielnicy?
Nie. Termowizja bardzo skutecznie pokazuje miejsca o nietypowo wysokiej temperaturze, ale nie wskazuje automatycznie przyczyny problemu. Wynik należy zestawić z pomiarem obciążenia i kontrolą całego toru elektrycznego.
Bezpieczne ładowanie zaczyna się w rozdzielnicy
Kupując wallbox, łatwo skoncentrować się na mocy urządzenia, aplikacji mobilnej, RFID, wyglądzie czy długości kabla.
Tymczasem najważniejsze elementy całej instalacji bardzo często pozostają niewidoczne. Są schowane w rozdzielnicy, trasach kablowych i punktach połączeń.
To właśnie dlatego stacji ładowania nie powinno się montować według zasady: „jest wolne miejsce w rozdzielnicy, więc dokładamy zabezpieczenie i jedziemy”.
Trzeba sprawdzić instalację, policzyć obciążenia, prawidłowo dobrać przewody oraz aparaturę, wykonać połączenia zgodnie z wymaganiami producentów, przeprowadzić pomiary i pozostawić po sobie czytelną dokumentację.
Wallbox może przez lata pobierać kilkanaście lub kilkadziesiąt amperów przez wiele godzin każdego tygodnia.
Instalacja musi być na to przygotowana.
W Greenkick zajmujemy się kompleksowo projektowaniem, montażem, uruchomieniem i serwisem infrastruktury ładowania samochodów elektrycznych. Przed wykonaniem instalacji możemy zweryfikować istniejącą infrastrukturę i zaprojektować sposób zasilania dostosowany do rzeczywistych warunków obiektu.
Montujemy stacje ładowania w całej Polsce – od pojedynczych wallboxów po wielostanowiskowe systemy dla firm i budynków wielorodzinnych. Wszystko załatwiamy za Ciebie.