Зарядная станция для электромобиля: заземление и молниезащита

Сегодня электрозарядная инфраструктура – в фокусе внимания российского правительства и энергетиков как первый этап создания рынка электротранспорта. Концепция развития этого вида транспорта до 2030 г., разработанная Минпромторгом, предусматривает субсидии из бюджета на приобретение и техприсоединение быстрых (DC, от 50 кВт и более) зарядных станций. «Россети» и «Русгидро» развивают собственные сети электрозаправочных станций (ЭЗС). «Роснефть» и «Лукойл» дополняют электрозаправками принадлежащие им АЗС. «Росатом» не только устанавливает зарядные станции, но и приобрел долю в компании-производителе этого оборудования. Интересуется сегментом ЭЗС и частный бизнес.

Очевидно, что грядет значительное расширение зарядной инфраструктуры, которое в свою очередь должно стимулировать спрос на электромобили. По подсчетам агентства «Автостат», частные и коммерческие электрокары вместе с гибридными моделями составляли на начало 2024 г. около 1% от всего парка легковушек. Но продажи растут, поэтому Центр экономического прогнозирования «Газпромбанка» предполагает, что к 2030 г. парк электромобилей достигнет 660 тысяч штук, которые будут потреблять 1 млрд кВт • ч в год.

Таким образом ЭЗС становятся неотъемлемым элементом транспортной системы. В любых вариантах исполнения зарядные станции – проводные (кондуктивные) и беспроводные (индуктивные), наземные и настенные, медленные, быстрые и супербыстрые, на переменном и на постоянном токе, с питанием от солнечных панелей и от электросетей – это электроустановки, требующие заземления и защиты от тока молнии и перенапряжений.

Нормативная база для зарядной инфраструктуры

В России последние десять лет формируется нормативная база для использования электрозарядной инфраструктуры. Например, действует комплекс стандартов ГОСТ IEC 62196 для режимов зарядки и типов разъемов электромобилей. Общие требования к системе токопроводящей зарядки электромобилей содержит ГОСТ Р МЭК 61851-1-2013.

Стандарт ГОСТ Р 50571.7.722-2017 определяет требования к источникам питания. Этот документ предусматривает применение технологии V2G (Vehicle-to-grid), то есть возможность и зарядки, и рекуперации (передачи и продажи) электроэнергии в сеть.

С 5 декабря 2023 г. действует новый свод правил СП 113.13330.2023 «Стоянки автомобилей», который в частности регулирует размещение зарядных станций. Одно из нововведений – разрешение на установку медленных электрозаправок (32 А) на подземном паркинге многоквартирного дома.

При установке и эксплуатации зарядной станции, как и любой другой электроустановки, приоритет – безопасность человека. Соответственно в этой области применяются все действующие документы, в том числе ПУЭ, инструкции и стандарты по молниезащите, включая ГОСТ Р 59789-2021.

Заземление зарядных станций

Для электробезопасности пользователей и молниезащиты зарядной станции сопротивление заземлителя растеканию тока в грунте не должно превышать 10 Ом. При этом для корректной работы зарядного оборудования, оснащенного контроллерами, счетчиками, датчиками, панелями, блокировками и другими электронными компонентами, необходимо функциональное заземление 2–4 Ом (нужное значение определяет производитель зарядной станции).

Некоторые зарядные устройства невозможно использовать, если не обеспечено заземление. Штатные зарядные кабели электромобилей ряда марок оснащены адаптерами, которые снижают или останавливают поступление электроэнергии при отсутствии заземления.

Для новых ЭЗС расчет параметров заземляющего устройства – обязательная часть проектной документации. Достичь необходимого значения сопротивления помогают комплекты модульно-штыревого заземления. Для новых ЭЗС расчет параметров заземляющего устройства – обязательная часть проектной документации. Достичь необходимого значения сопротивления помогают комплекты модульно-штыревого заземления. Стержни из нержавеющей стали или из стали с антикоррозионным покрытием – медным либо термодиффузионным цинковым – вертикально забивают в грунт, последовательно соединяя между собой соединительными муфтами. Срок службы таких электродов – до 40 лет у оцинкованных, до 70 – у омедненных и до 100 лет – у стержней из нержавеющей стали.

Дополнительные стержни, а при необходимости и соединяющие их стальные полосы, позволяют масштабировать конструкцию, увеличивать площадь заземлителя и приводить значение сопротивления к норме. Это особенно удобно при установке электрозарядных модулей на действующих АЗС.

Высокая эффективность такой конструкции и низкая трудоемкость ее монтажа позволяют использовать ее и при установке зарядной станции на паркинге или в частном доме.

В многолетнемерзлом или в каменистом грунте заземляющую конструкцию для ЭЗС помогут соорудить комплекты электролитических заземлителей. Благодаря минеральным солям, смесью которых заполняют перфорированные стальные трубы-электроды, снижается удельное сопротивление грунта, прилегающего к электродам, и соответственно приходит в норму сопротивление заземляющего устройства зарядной станции.

Для мобильных зарядных станций можно использовать многоразовый заземлитель – специальный комплект для передвижных электроустановок.

Молниезащита зарядных станций

Удар молнии – прямой или близкий, порождающий перенапряжения и скользящие разряды, способен разрушить зарядное оборудование, вывести из строя электрику и электронику заряжающегося электромобиля, травмировать людей. Поэтому, если зарядная станция расположена на открытом пространстве и не входит в зону защиты расположенных рядом зданий, высотных опор или других сооружений, то необходимость сооружения внешней системы молниезащиты не вызывает сомнений.

По инструкции СО 153-34.21.122-2003 зарядная станция – обычный объект, который необходимо защитить от прямых ударов молнии с надежностью не менее 0,9. Основным элементом для молниезащиты такого объекта могут служить мачтовые и тросовые молниеприемники, а также сетчатые молниеприемники на навесах больших многопортовых ЭЗС. Кроме того, на парковках и компактных ЭЗС молниеприемниками и токоотводами могут служить заземленные осветительные мачты.

Для защиты от перенапряжений – импульсных, вызванных ударом молнии, и коммутационных используются УЗИП. С учетом особенностей питающей сети это могут быть комбинированные устройства, например класса I+II или II+III.

Технологии развиваются, испытываются варианты индукционной зарядки, совершенствуется водородный транспорт. Но пока сеть кондуктивных зарядных станций – ближайшая реальность, а меры господдержки и приемлемая цена электроэнергии поддерживают рост рынка. Зарядная станция – стандартная электроустановка, которая и в городе, и в коттеджном поселке, и на причале, и на скоростной трассе должна работать надежно и безопасно в любую погоду. Значит, без заземления и молниезащиты здесь не обойтись.