Chống giật cho trạm sạc xe điện: Tại sao không dùng thiết bị Type AC?

Rò rỉ điện là một trong những sự cố nguy hiểm nhất khiến người dùng e ngại xe điện, nhất là khi sử dụng các trạm sạc nhanh DC công suất lớn, bởi chỉ một dòng rò 6mA cũng có thể đe dọa đến tính mạng con người. Do đó, chống giật cho trạm sạc xe điện cần phải đáp ứng các quy định khắt khe từ thiết bị chuyên dụng đến tiêu chuẩn kỹ thuật, an toàn điện cụ thể. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giới thiệu đến bạn các thiết bị chống giật đặc thù cho trạm sạc, đồng thời lý giải nguyên nhân tại sao thiết bị chống giật loại AC thông thường không được sử dụng cho hạ tầng trạm sạc. 

Các loại dòng rò trong trạm sạc xe điện

So với thiết bị điện tử thông thường, dòng rò tại trạm sạc xe điện đa dạng và phức tạp hơn nhiều. Nguyên nhân là bởi sự xuất hiện của bộ chuyển đổi On-board Charger - OBC được tích hợp sẵn trong xe (hoặc trạm) khiến dòng điện đầu vào từ lưới điện có dạng AC nhưng dòng điện đầu ra cấp cho pin xe lại là dạng DC. Chính bộ chuyển đổi công suất điện tử này đã phân chia dòng rò ở trạm sạc EV thành 3 dạng như sau: 

Dòng xoay chiều hình sin (AC Residual Current)

Đây là dòng rò phổ biến nhất có dạng sóng hình sin và dễ dàng bắt gặp trong hệ thống điện dân dụng. Dòng rò AC có nguy cơ gây giật nếu chạm vào vỏ kim loại của thiết bị bị rò điện, thậm chí có thể gây bỏng điện, tử vong.

Dòng một chiều xung (Pulsating DC Residual Current)

Dòng rò loại này có dạng sóng 1 chiều có xung, thường xuất hiện ở các thiết bị sử dụng linh kiện bán dẫn để chỉnh lưu dòng AC thành dòng DC nhưng chưa được làm phẳng hoàn toàn ở đầu ra. 

Với dòng rò 1 chiều xung, các thiết bị chống giật loại AC thông thường rất khó để phát hiện nên trạm sạc cần được trang bị thiết bị Type A chuyên dụng. 

Dòng một chiều trơn (Smooth DC Residual Current)

Dòng DC trơn được xếp vào dòng rò nguy hiểm nhất trong trạm sạc EV khi chỉ một lượng nhỏ (≥ 6mA) cũng có khả năng vô hiệu hóa tính năng bảo vệ của các thiết bị chống giật loại AC hoặc loại A, làm tăng tử vong vì điện giật cho người dùng xe điện. 

DC trơn hình thành do lỗi bên trong Bộ chuyển đổi OBC tích hợp trong xe hoặc hệ thống chỉnh lưu của trụ sạc nhanh DC khiến dòng DC rò rỉ ngược ra hệ thống AC. Để phát hiện được dòng rò dạng sóng 1 chiều gần như thẳng này, trạm sạc cần đến thiết bị chống giật chuyên dụng như RCD Type B. 

Nhóm thiết bị chống giật chuyên dụng cho trạm sạc

Các tiêu chuẩn quốc tế (IEC 61851-1 và IEC 62955) quy định, hệ thống sạc EV phải có khả năng phát hiện và ngắt mạch ngay lập tức khi phát hiện dòng DC rò rỉ chỉ từ 6mA. Từ đây, các thiết bị chống giật thông thường không đủ khả năng bảo vệ trước tình trạng rò rỉ điện ở trạm sạc.

Một số thiết bị chống giật chuyên dụng cho trạm sạc EV được các chuyên gia khuyến cáo sử dụng gồm: 

Thiết bị dòng dư loại B (Type B RCD/RCCB)

Đây là nhóm thiết bị thông dụng và phù hợp nhất cho các trạm sạc công cộng và sạc nhanh DC công suất lớn, với khả năng phát hiện và ngắt mạch nhanh chóng trước tất cả các loại dòng rò, đặc biệt là dòng rò DC 1 chiều trơn. 

Khác với dòng RCD Type A chỉ sử dụng lõi biến dòng đơn giản, RCD Type B được trang bị thêm các cảm biến dòng hiệu ứng Hall hoặc các mạch điện tử bổ sung để phân tích, phát hiện các thành phần DC trong dòng điện, đặc biệt là không bị “làm mù” bởi dòng DC trơn, thậm chí còn phát hiện được cả dòng rò ở dải tần số rộng. Do đó, RCD Type B được coi là thiết bị bảo vệ chống giật cấp cao nhất, có nhiệm vụ đảm bảo an toàn tối đa cho xe và người dùng xe điện, nhất là trong các trạm sạc nhanh DC. 

RCD Type B phải tuân thủ nghiêm ngặt tiêu chuẩn IEC 62423 (cho thiết bị nhạy cảm với dòng AC và DC) và IEC 61008/61009 (tùy thuộc là RCCB hay RCBO).

Thiết bị phát hiện dòng rò DC (RDC-DD - Residual Direct Current Detecting Device)

Bản chất, RDC-DD không phải là thiết bị ngắt mạch mà là thiết bị giám sát/ cảm biến, được tích hợp trong nhiều bộ sạc cá nhân và sạc AC công suất nhỏ. 

RDC-DD có khả năng phát hiện dòng DC rò rỉ vượt quá 6mA. Khi đó, thiết bị này sẽ gửi tín hiệu đến mạch điều khiển của bộ sạc hoặc RCD loại A được lắp đặt bên ngoài tủ điện trạm sạc để tiến hành ngắt nguồn điện. 

Tuy có giới hạn về dòng rò nhưng tại các trạm sạc AC công suất nhỏ, RDC-DD kết hợp với RCD Type A lại là giải pháp chống giật kinh tế hơn RCD Type B. 

Thiết bị dòng dư loại EV (Type EV RCD/RCCB)

Đây là thiết bị có tính chuyên dụng dành riêng cho trạm sạc EV. Trong các trạm sạc AC Mode 3, RCD/RCCB Type EV sẽ được ưu tiên lựa chọn hơn RCD Type B do tính cân bằng tối ưu giữa khả năng bảo vệ toàn diện (của thiết bị Type B) và chi phí lắp đặt (thiết bị Type A).

Thiết bị dòng dư loại EV được phát triển từ tiêu chuẩn sạc EV IEC 62955 nên có thể phát hiện được cả dòng rò dạng AC và DC, nhất là dòng điện 1 chiều trơn, với độ nhạy ngưỡng 6mA DC và 30mA AC. Nếu bộ sạc của bạn chưa được tích hợp cảm biến RDC-DD, có thể lựa chọn RCD Type EV sẽ đơn giản hóa được việc lắp đặt trong tủ điện mà vẫn tuân thủ tiêu chuẩn chống giật cho trạm sạc. 

So sánh các thiết bị chống giật chuyên dụng cho trạm sạc có trong bảng dưới đây: 

Thiết bị	Phát hiện dòng rò AC	Phát hiện dòng DC xung	Phát hiện dòng DC trơn	Ứng dụng chống giật
Type AC	Có	Không	Không	Thiết bị gia dụng
Type A	Có	Có	Không	Thiết bị điện tử công suất đơn giản
RDC-DD + Type A RCD	Có	Có	Giám sát (6mA)	Sạc chậm AC tại nhà (Mode 3)
Type B	Có	Có	Có	Trạm sạc công cộng, Sạc DC nhanh (Mode 4)
Type EV	Có	Có	Có (theo IEC 62955)	Trạm sạc chậm AC (Mode 3)

Tại sao không dùng thiết bị chống giật Type AC cho trạm sạc?

Để trả lời được câu hỏi này, bạn cần hiểu rõ sự khác biệt trong bản chất của dòng rò tại trạm sạc xe điện và dòng rò trong điện sinh hoạt thông thường. 

Bản chất dòng rò trong trạm sạc xe điện

Điện sinh hoạt thường chỉ có 1 dạng dòng rò là dòng xoay chiều hình sin. Trong khi đó, trạm sạc EV xuất hiện dòng rò ở cả 2 dạng AC và DC, nhất là dòng rò một chiều dạng trơn, có tính chất nguy hiểm hơn rất nhiều so với dòng rò AC. 

Hạn chế từ thiết bị chống giật Type AC

Đa phần thiết bị chống giật Type AC chỉ được thiết kế để phát hiện sự mất cân bằng ở dòng điện xoay chiều. Khi dòng DC bị rò rỉ chạy qua cuộn dây cảm ứng bên trong thiết bị loại AC, hiện tượng bão hòa từ trường sẽ diễn ra trong lõi thiết bị làm mất khả năng phát hiện dòng rò. Nói cách khác, thiết bị Type AC lúc này đã bị “làm mù” (blinded), đồng nghĩa với việc không còn khả năng bảo vệ chống giật.

Do đó, thiết bị chống giật loại AC được khuyến cáo không nên sử dụng tại các trạm sạc, nhất là trạm sạc nhanh DC. 

RCBO có tác dụng chống giật cho trạm sạc hay không?

Nếu xét về bản chất của dòng điện trong xe điện, RCBO dân dụng thông thường (Type AC hoặc Type A) sẽ không đủ đáp ứng yêu cầu chống giật của trạm sạc khi lắp đặt độc lập. 

Nguyên nhân như chúng tôi đã phân tích: RCBO phần lớn thuộc dòng chống giật loại AC hoặc loại A thông thường nên chỉ có khả năng phát hiện dòng rò AC hoặc dòng rò một chiều xung. Trong khi dòng rò một chiều trơn mới là dạng nguy hiểm nhất trong trạm sạc EV. Trước phản ứng bão hòa từ trường khi có dòng DC rò rỉ, RCBO gần như mất đi khả năng phát hiện dòng rò cơ bản nhất là AC, tiềm ẩn nguy cơ giật điện cao cho con người. 

Có 2 giải pháp để lắp đặt RCBO cho trạm sạc: 

• Sử dụng RCBO Type B: Đây là loại RCBO cao cấp nhất của BTB Electric với đặc tính ưu việt là phát hiện được tất cả các loại dòng rò trong trạm sạc, đồng thời tích hợp 3 chức năng chống quá tải, ngắn mạch và chống giật, cung cấp sự bảo vệ toàn diện nhất. Tuy nhiên, RCBO loại này thường có giá thành cao và ít phổ biến hơn Type A nên chỉ phù hợp lắp đặt trong các trạm sạc nhanh DC hoặc khu vực yêu cầu tính bảo vệ nghiêm ngặt. 

• Kết hợp RCBO Type A và RDC-DD: Đây là giải pháp có tính kinh tế và khả thi hơn cho các trạm sạc AC Mode 3. Với dòng rò AC thông thường, RCBO có thể tự động ngắt mạch. Khi hệ thống phát hiện dòng rò DC vượt quá 6mA, thiết bị giám sát RDC-DD sẽ kích hoạt cuộn cắt của RCBO để ngắt mạch, vừa bảo vệ RCBO khỏi bị “làm mù”, vừa bảo vệ hệ thống và con người. 

Quy định về an toàn điện, chống giật cho trạm sạc xe điện

Dự thảo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia (sửa đổi, bổ sung QCVN 09:2015/BGTVT) quy định về việc đảm bảo an toàn điện, chống giật điện và cảnh báo quá nhiệt khi sạc pin tại các trạm sạc xe điện ở Việt Nam như sau: 

• Đầu nối với dây dẫn điện hoặc giắc nối phải được bọc kín trong các lớp cách điện, chất cách điện hoặc vỏ bọc cách điện. Dây dẫn điện cao áp trên xe điện phải được phân biệt bằng vỏ bọc có màu da cam. 
• Hệ thống cổng sạc trên xe bắt buộc phải nối đất khi kết nối với điện áp bên ngoài và duy trì cho đến khi điện áp bên ngoài ngắt kết nối khỏi xe. 
• Xe điện phải có khả năng cách điện khi tiếp xúc với nước. 
• Cổng sạc trên xe phải có hệ thống đèn đổi màu hoặc thiết bị thể hiện trạng thái sạc pin, đi kèm là hệ thống khóa bảo vệ trong quá trình sạc, đảm bảo xe không thể tự khởi động. 
• Trạm sạc phải được trang bị hệ thống theo dõi nhiệt độ và thiết bị bảo vệ quá nhiệt khi sạc xe. Nếu hiện tượng quá nhiệt xảy ra phải có chế độ cảnh báo và ngắt sạc ngay. 
• Cổng sạc trên xe phải đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật theo TCVN 13078 hoặc IEC 61851 về hệ thống sạc điện có dây dùng cho xe điện. 

Câu hỏi thường gặp về chống giật cho trạm sạc

Câu hỏi 1: Ngưỡng dòng điện một chiều trơn (Smooth DC) tối đa được rò rỉ trước khi thiết bị chống giật cho trạm sạc ngắt mạch là bao nhiêu?

Trả lời: Tiêu chuẩn IEC 62955 quy định, ngưỡng dòng điện 1 chiều trơn tối đa được phép rò rỉ trước khi thiết bị chống giật phải ngắt mạch là 6mA. 

Câu hỏi 2: Nên lắp đặt thiết bị chống giật trong tủ điện trạm sạc hay tích hợp luôn trong trụ sạc?

Trả lời: Trường hợp trụ sạc đã tích hợp sẵn thiết bị giám sát RDC-DD, RCD/ RCBO Type A có thể lắp ngoài tủ điện để tối ưu chi phí. Nếu trụ sạc chưa được tích hợp RDC-DD, bạn nên ưu tiên lựa chọn RCD/RCBO Type B hoặc Type EV để đáp ứng được yêu cầu bảo vệ, trong đó thiết bị Type EV thường có giá thành rẻ hơn.