È necessario un dispositivo di protezione da sovracorrente (PE) e un interruttore differenziale (RCD) per le colonnine di ricarica per veicoli elettrici (EVSE) a doppio isolamento?
Un'analisi tecnica che confronta i principi fondamentali dell'isolamento tecnico con i requisiti obbligatori di conformità alla norma IEC 61851-1 Classe I.
Percorso di messa a terra di protezione (PE)
Rilevamento della sequenza zero RCD
Isolamento doppio di classe II
Domanda: Per una stazione di ricarica per veicoli elettrici in corrente alternata (AC EVSE) progettata con doppio isolamento sono necessari un collegamento di terra di protezione (PE) e un dispositivo di corrente residua (RCD)?
Non strettamente necessario affinché il meccanismo di sicurezza principale funzioni. La sicurezza di un dispositivo a doppio isolamento si basa su due strati fisici di isolamento indipendenti, anziché sulla messa a terra.
Sì, è obbligatorio. Standard internazionali (come ad esempio IEC 61851 serie) classificano sia EVSE CA che CC come Apparecchiature di classe I, che impone per legge il collegamento PE e la protezione RCD.
1. Comprensione dell'architettura delle apparecchiature di Classe I
Il concetto di sicurezza primario per Apparecchiature di classe I Si basa sulla combinazione dell'isolamento di base con una connessione di messa a terra di protezione (PE) dedicata.
Le apparecchiature di Classe I sono generalmente dotate di un involucro metallico o conduttivo. Nel caso in cui l'isolamento di base si guasti e parti pericolose sotto tensione entrino in contatto con l'involucro esterno, il conduttore in PE fornisce un percorso continuo a bassa impedenza per consentire alla corrente di guasto di fluire in sicurezza verso terra.
Impedisce che l'involucro metallico esposto raggiunga livelli di tensione di contatto pericolosi.
Genera un'elevata corrente di guasto attraverso il PE, attivando l'interruttore differenziale o il sezionatore per interrompere immediatamente l'alimentazione.
L'isolamento di base viene applicato direttamente alle parti sotto tensione pericolose per fornire una protezione fondamentale contro le scosse elettriche. Nella progettazione hardware, ciò si ottiene tramite materiali dielettrici solidi o intercapedini d'aria (spazi di sicurezza/distanze di dispersione) specificate, conformi agli standard ambientali e di umidità.
Figura 1: Percorso di guasto di classe I e principio di messa a terra PE
2. Ruolo e principio di funzionamento del dispositivo differenziale (RCD)
UN RCD (Dispositivo di corrente residua) è progettato per rilevare piccole correnti di dispersione verso terra ($I_d$) e interrompere rapidamente il circuito elettrico prima che si verifichi una scossa fatale.
Il dispositivo funziona monitorando continuamente l'equilibrio di corrente tra i conduttori di linea (L) e neutro (N) tramite un trasformatore di corrente di sequenza zero interno:
- Stato di salute: La corrente in ingresso ($I_L$) è uguale alla corrente in uscita ($I_N$). Il flusso magnetico netto nel nucleo del trasformatore è zero ($I_L – I_N = 0$).
- Stato di guasto: Un guasto all'isolamento dirige la corrente di dispersione ($I_d$) attraverso l'involucro metallico verso PE. La corrente diventa sbilanciata ($I_L \neq I_N$).
- Azioni del viaggio: Il flusso magnetico indotto attiva la bobina del sensore, isolando meccanicamente l'alimentazione CA (in genere entro 30 mA per la protezione del personale).
Se l'involucro dell'apparecchiatura non è messo a terra, la corrente di dispersione di guasto ($I_d$) rimane a zero e l'RCD non inciamperà In caso di guasto interno, la protezione si attiverebbe solo se un utente umano toccasse il telaio sotto tensione, completando un percorso verso terra attraverso il proprio corpo. Sebbene l'interruttore differenziale possa comunque intervenire, il contatto diretto con una persona comporta un grave rischio di scossa elettrica.
Figura 2: Meccanismo di bilanciamento della corrente di sequenza zero dell'RCD
3. Comprensione dell'architettura delle apparecchiature di Classe II
Apparecchiature di classe II fornisce protezione dagli urti attraverso un doppio isolamento o un sistema di isolamento rinforzato. Una caratteristica fondamentale dei dispositivi di Classe II è la sicurezza elettrica non si basa su una connessione a Protective Earth.
Applicato direttamente attorno ai conduttori sotto tensione per fornire un isolamento elettrico primario contro le scosse.
Uno strato secondario indipendente che protegge dalle scosse elettriche nel caso in cui l'isolamento di base si guasti completamente.
Tra i comuni esempi di dispositivi di Classe II presenti nelle abitazioni si annoverano asciugacapelli, rasoi elettrici e adattatori di alimentazione per telefoni cellulari, generalmente dotati di spine a due poli senza contatto di terra.
Figura 3: Struttura a doppio isolamento (ad esempio, cavo di alimentazione)
Riepilogo: Perché gli standard EVSE impongono la conformità alla Classe I e agli RCD
- Sebbene il doppio isolamento elimini teoricamente il rischio di contatto negli involucri non conduttivi, La norma IEC 61851-1 classifica le stazioni di ricarica per veicoli elettrici (EVSE) come apparecchiature di Classe I. a causa degli elevati livelli di potenza, dell'esposizione agli agenti atmosferici esterni e dell'accoppiamento con il telaio metallico del veicolo.
- La connessione continua di messa a terra di protezione (PE) garantisce che qualsiasi guasto all'isolamento interno convogli la corrente di guasto in modo sicuro verso terra, anziché caricare la carrozzeria del veicolo.
- La protezione RCD integrata (30 mA CA + 6 mA CC secondo IEC 62752 / IEC 61851) richiede un percorso PE operativo per garantire la disconnessione automatica istantanea dell'alimentazione prima del contatto umano.
