电动汽车充电站的电磁干扰及低压防护措施的效果

　　

　　

　　电动汽车充电站或充电公园的标称功率不断增加。大多数用户是普通人，使用这种设备的额定功率为100?千瓦。到目前为止，具有这种额定功率的设备仅在工业厂房等电气操作设施中常见，在这些设施中，用户至少得到了指导，并规定了保护措施。如果普通人员在现场操作具有这种额定功率的设备，那么在发生电气故障时是否能达到传统的安全目标就会产生问题。考虑的是:如果功率增加这么多，可以假设短路功率增加，因此故障电流增加，因此危险的触电风险也增加。在这篇贡献中，计算了三相系统低压交流侧的线路对地短路及其在充电站典型配置中的影响。在考虑电磁干扰的情况下，计算得到故障电流及其分布，从而确定故障过程中的电势。由此计算出(部分)故障电压和主动故障电压。根据活动故障电压，可以确定期望的机体阻抗，从而确定机体电流。以人体电流和保护装置的断开时间为准则，以国际标准为准则对触电危险进行了评定。最后，对充电站的规划、安装和安全运行提出了建议。事实证明，考虑到导体横截面或电磁干扰等某些方面，可以将触电的风险降低到常规水平。电力系统的定期测试是安全可靠运行的必要条件。例如，可以防止由于普通人无意，不当使用而导致的后续故障。此外，为了安全可靠地运行，定期检查电气系统是必要的，以防止因老化或磨损而发生危险。然而，定义一个适用于所有配置的安装指南似乎具有挑战性，因为边界条件根据系统类型、安装在干扰区域和环境影响而变化。

　　几年前，用于个人出行的电池电动汽车还是小众产品，在电气工程领域几乎没有引起任何关注。它们通常通过标准的家用插座充电(例如在奥地利的IEC F型)。在过去的几年里，汽车工业的巨大技术进步导致了充电功率的增加。这大大减少了充电时间。在早期，用户通常可以通过保护触点插座获得最大3.68?kW的功率。今天，普通的直流电动汽车充电站的额定功率为300?千瓦或更多。它们对公众开放，并由普通人操作。供电方式多为三相低压电网。最近，具有这种额定功率的电气设备主要用于诸如工业设施等进出受限的设施。在这些情况下，可以假定只有熟练或受过训练的人才有机会操作如此强大的设备。

　　如果普通人在各种天气情况下在露天场地- -从仓库到服务站- -操作这一功率范围内的设备，那么问题是共同的保护措施是否仍然足够，或者如何应用这些措施以达到传统的保护目标;不仅用于正常使用，而且用于预期使用，其中也包括误用。

　　从电工的角度来看，充电站的严重故障是线路对地短路，即人直接或间接接触到可接近部件的电压而触电。为了防止这种情况发生，故障电流必须以可控的方式传导，触摸电压必须限制在常规值。为此，计算连接到TN?S系统的充电站的线路对地短路。在考虑欧姆/电感干扰的情况下，分析了短路电流、导体电位、地面电压和(部分)故障电压的结果。

　　采用定制模型作为调查区域，如图1所示。这个模型展示了一个普通的电力装置，包括一个变电站作为电源，两个独立的充电站和一个有六个充电站的车库。此外，变换站提供两个照明桅杆。整个设施被金属栅栏从两边围起来。

　　图1

　　

　　模型示意图

　　变电站的外壳由金属制成，并与其接地系统电连接，该接地系统由环形接地电极和四根接地棒组成。充电站为I类设备。对于供电，使用95?mm2横截面的线路导体。每个充电站都有一个接地的、导电的钢筋混凝土基础，该基础与绝缘保护接地导体(50?mm2)和外壳电连接。所述保护接地导体还连接在所述变车站的接地布置上。该机库是钢结构，并与相关的局部接地安排电连接，这也可以作为等电位连接系统。通过另一个低压馈线，变电站提供两个金属照明桅杆，其基础是对地敏感和导电的。照明灯杆通过裸地连续性导体连接到变电站的接地装置。栅栏基础与大地直接接触，被认为是电导体。围栏与装置的其他部分没有电连接。

　　基于这些假设，使用cad程序为图1所示的原理图模型创建如图2所示的电导体模型。

　　图2

　　

　　电导体模型

　　图2和计算结果图中的黑色实线表示相导体、接地保护导体、接地电极、基础、外壳或金属结构等电导体。地球用棕色长方体表示。

　　在这个贡献中使用的电位、电压和电流的术语是根据图3中的原理示例定义的，图3中举例显示了两个不同长度的载流垂直棒。

　　图3

　　

　　电压和电流定义的原理示例

　　如图3所示，如果从线路导体到接地的导电部分(如棒)发生故障，则故障电流if通过棒传导到地球。它的大小取决于线-地电压U0和棒的对地阻抗。由于它们的电磁干扰，它们对地的阻抗反过来取决于它们的几何尺寸和排列。这通常会导致中频的不对称分布。因此，图3中的IE1和IE2可以有不同的安培数。两者都通过土壤流回接地电源。由于土壤的电阻，地电流使地表面电压φ增大。严格地分析，地表面电压在无穷远处为零。这就是为什么对于所有电位和电压的考虑，参考点都是无穷大的原因。根据式1，将故障电压UF定义为调查区域到参考点的最大电位差。根据定义，φref是0，因此UF=max{φ}。

　　（1）

　　在考虑最坏情况为1?m半径范围内的最大差值的情况下，对地表电压φ的0.1?m网格中的每个点计算局部故障电压UFP。所有部分故障电压都是预期电压，不考虑额外的阻抗，如衣服、鞋类、手套或高电阻表面材料，如柏油路面。

　　一个人同时触碰到两个具有不同电势的点，一个电压降过全身，即所谓有源故障电压UFA。主动故障电压是通过同时接触的点/部件的电位差来计算的。可触及的点/部件，例如，金属地上安装组件或地球表面。如果两个接触点都在地球表面，它也被称为步进电压。由于有源故障电压，有电流流过人体，即人体电流IB。人体电流受到人体阻抗ZB的限制，而人体阻抗ZB取决于有源故障电压的大小。与电压和频率相关的体阻抗值在国际标准[2,3,4,5,6,7]和相关文献[8,9,10]中公布。

　　研究了通过外壳的线路对地短路，并对两个故障位置进行了区分:

　　1.

　　故障1:独立式充电站线路对地短路

　　2.

　　故障2:充电园内线路对地短路

　　两个故障位置如图1所示(故障1和故障2)。对于计算，假设均匀土的比接地电阻为ρ?=100 Ωm。线路对地电压U0为230?V，标称频率为50?Hz。变压器被模拟成一个理想的电压源。由于不同的导体阻抗和对地阻抗，故障电流中频与位置有关。

　　使用Peec技术进行计算[1]，考虑欧姆电感干扰，并使用MATLAB进行评估。在供电线路和接地电极上计算电势和电压降。所有的电位、电压和电流都是均方根值。

　　参照式2，用欧姆定律计算体电流IB。

　　（2）

　　故障电流中频是所有进一步计算的基础。根据它的分布，可以计算出对地电流、导体电位、地面电压、故障电压、局部故障电压以及产生体电流的主动故障电压。

　　故障电流的安培数由已知的线地电压U0(230?V)除以故障阻抗ZF(根据式3)计算得到。

　　（3）

　　故障阻抗取决于故障的位置，由有源导体和对地阻抗计算而成，它们存在欧姆干扰和感应干扰。

　　以简化后的接地故障折线图为例，如图4所示。这个简单的计算例子忽略了导体与大地之间的电磁干扰。

　　图4

　　

　　电气故障简化线图

　　利用Eq. 3，根据Eq. 4确定故障阻抗ZF，计算出故障电流:

　　（4）

　　摘要。

　　Zusammenfassung

　　1 介绍

　　2 方法

　　3 故障1 -独立式充电站

　　4 故障2 -充电站车库

　　5 预期的身体电流和结论

　　参考文献。

　　作者信息

　　# # # # #

　　当独立式充电站的线路导体至机壳发生短路时，故障电流由机壳向保护接地导体和充电站基础上分布。地基中的一部分电流会散失到地面上。所有部分故障电流都回流到变压器中性点。图5和图6显示了不同尺度下导体中的电流分布。

　　图5

　　

　　故障1 -导体电流，刻度全量程(0 - 13?kA)

　　图6

　　

　　故障1 -导体电流，刻度范围0 - 25?A

　　从图5可以看出，大约13?kA的大部分故障电流通过保护接地导体直接导至变压器中性点。如图6所示，一小部分通过电粘合电气装置通过其连接的保护接地导体以及通过地球返回中性点。在附近的电导体中，安培达到以下最大值(四舍五入):

　　车棚:22?

　　附近充电站:20座?

　　围护变泵站:5?

　　在靠近故障位置的围栏和连接到照明桅杆的接地连续导体(ECC)中，电流最高可达1.5?A。

　　为了完全确定电流分布，必须做进一步的计算，因为:一部分导体与地球直接接触。对地敏感的导体可以将电流耗散到土壤中，但也可以收集接地电流。这些电流的结果如图7所示。图7中电流的符号表示电流的流向:负号表示向地电流，正号表示从地收集电流。

　　图7

　　

　　故障1 -损耗到地球的电流Id(负)和收集到地球的电流Ic(正)

　　两个独立充电站的基础将电流分散到地球上。在故障充电站，单位长度电流最大。屋顶充电园的接地敏感导体在故障充电站附近收集的接地电流最高。这也解释了屋顶充电园接地和等电位连接系统中的导体电流:电流由于欧姆/电感干扰而从土壤流入充电园的接地和等电位连接系统。从那里，它们被分配到所有电连接的导电元件，并通过充电站的保护接地导体返回到变压器中性点。

　　同样的原理也适用于照明灯杆和连接的接地连续性导体。接地连续性导体将基础收集的电流输送到变压器中性点，并在其整个长度上收集接地电流。因此，每单位长度的电流密度增加到变电站。

　　在本例中，变电站的接地装置仅作为大地电流的汇聚。对于垂直杆，单位长度的电流收集随着深度的增加而增加，这证实了[11]的研究结果。栅栏基础从故障位置附近的地面收集电流，并将其向变电站和屋顶充电园方向消散。每米最大耗散电流出现在变变电站附近;它的接地装置通过土壤作为地球电流的水槽。

　　根据电流分布的计算结果，绘制出如图8所示的等效单线电路图，图中显示了电流走向。

　　图8

　　

　　故障1 -具有相关阻抗、电流和电压的等效电路图

　　电流沿阻抗引起电压下降，这是由于不同位置之间的电位差造成的。

　　图9和图10显示了不同比例下线地短路时沿电导体的电位。

　　图9

　　

　　故障1 -导体电位VCond，刻度全量程

　　图10

　　

　　故障1 -导体电位VCond，刻度范围0-10?V

　　易触及的导电部分被划分为不同电位等级的区域:

　　故障充电站CS2

　　独立充电站CS1

　　转换站

　　照明桅杆

　　有顶充电场

　　栅栏

　　从变电站到故障位置沿线路导体的压降为97.3?V，在充电站外壳处产生132.7?V的电位。这些132.7?V通过保护接地导体降至变压器中性点。封闭式独立式充电站CS1与同一保护接地导体相连，电位为58.5?V。变电所外壳的最大电压为6.6?V。地面以上充电园区接地及等电位结合系统导线电位最大值在离故障充电站最近的柱子处，为4.5?V。金属灯杆的最大电势为6.4?V。在可接触的栅栏元件处，故障充电站附近的导体电位最大为1.4?V。

　　电流分布(第3.1章)和导体电位(第3.2章)的计算结果表明，最高的安培数和导体电位出现在主故障路径:线路导体-故障充电站-保护接地导体-变压器中性点。故障还可能通过潜在的传输或流动电流对安装的其他部分造成干扰。图11和图12所示的地表面电压计算证实了这一点。

　　图11

　　

　　故障1 -地表面电压φ三维视图

　　图12

　　

　　故障1 -地表面电压φ二维视图

　　故障充电站出现故障电压109.3?V。在第二独立式充电站，变电站和灯杆处地面电压最大值分别为57.4和6.5?V。顶棚充电园内几乎形成了峰值为4.5?V的等电位区。沿栅栏的地表面电压在变变电站区域达到最大值，值在3 ~ 4?V之间。

　　由地表面电压计算局部故障电压的结果如图13和图14所示。

　　图13

　　

　　故障1 -局部故障电压UFP 3D视图

　　图14

　　

　　故障1 -部分故障电压UFP二维视图

　　最大局部故障电压为69.8?V，发生在距离故障充电站CS2一米的地方。到地的大部分电流通过对地敏感的地基耗散(见图7)，在CS2附近产生最高的局部故障电压。

　　充电站CS1最大局部故障电压为34.8?V。在两个充电站之间形成一个区域，其中局部故障电压小于外缘。在这个区域，地基电干扰的影响变得明显。两者都只能在这些区域耗散较低的安培到地球，这就是为什么部分故障电压导致较小的值。有关接地电极通过接地的干扰及其对(部分)故障电压的影响的更详细信息，请参见出版物[11,12]。

　　包括接地连续性导体在内的照明灯杆位于故障充电站干扰附近，导致灯杆处局部故障电压为10?V。

　　不能通过PE等导体回流到变压器中性点的接地电流必须通过土壤和变变电站的接地布置返回。它们的单对地电极的电磁干扰导致局部故障电压。这些在所有方面都低于5?V，并且在栅栏的方向上最高。如图7所示，在这一侧，附近的栅栏基础将电流耗散到地球上，这些电流大部分被接地装置最近的接地电极再次收集。

　　大约13?kA的故障电流的主要部分通过线路导体流到故障充电站的外壳，并从那里通过保护接地导体流回变电站。这就导致导体中的电压下降、大地中的电位梯度以及由此产生的可接触的电位差。在具有保护措施的TN - S系统中，自动断开电源，断开时间以及可以触摸电压的时间是有限的。其原理是:随着电流的增大，故障时间减小。

　　这个例子假设理想的连接，因此可能的接触结电阻不考虑在内。为了使尽可能多的故障电流通过保护接地导体返回到变压器中性点，必须注意确保导体阻抗和接触结电阻尽可能低。低导体阻抗是通过使用大的横截面和短的导体长度来实现的。随着工作时间的增加，接触电阻，例如充电站外壳的接触电阻，可能会因环境影响(如污垢或腐蚀)而增加。因此，有必要对接触电阻进行定期测试。

　　一小部分故障电流通过接地和其他安装元件回流到变压器中性点。其他风险也可能发生在其他非电连接装置中，因为它们的接地和等电位连接系统是由接地电流引起的。这些表现为流动电流，产生不必要的噪声或局部故障电压。

　　假设充电站为I级保护设备，假设充电站的等电位连接是有效的，则将充电站的外壳视为等电位表面。忽略仅在故障期间发生的阻抗，如电弧阻抗，外壳的电位增加到对地标称电压减去沿线路导体的电压降的值。如果接触外壳，则主动故障电压UFA与电击危险评估有关。主动故障电压由接触点的电位差决定。例如，如果充电站旁边的人接触到外壳，则根据充电站外壳的电势与地面电压的差来计算有功故障电压。本例中接触框的最大活动故障电压为UFA?=93.9?V。未关闭电源，超过UFA限值(OVE E 8101:2019?+ AC1:2020[13]) 50?V。降低电压的一种方法是在地球表面应用高阻材料(例如，在砾石基底上铺设沥青)，以便不超过常规极限。然而，由于普通人可能接近，这种方法不被认为是奥地利主电路中适当的最先进的保护措施(见OVE E 8101:2019?+ AC1:2020- part 722[13])。另一种挖掘最大故障电压的可能性是，即使有现有的位置绝缘，也可以同时触摸故障充电站和金属防撞击保护。如果反冲击保护未集成到局部等电位键合系统中，则双手之间可以触摸到最大有效故障电压。两个独立充电站之间的距离为两米，可以同时触摸两个外壳。在这种手对手触摸场景中，活动故障电压为两个机箱之间的电位差，为74.2?V。

　　在本章中，对车库充电站线路对地短路的计算结果进行了处理。车棚内的每个充电站都在四面通过电流连接到三维接地和等电位连接系统。

　　充电站线地短路时，8.8?kA的故障电流分布如图15、图16所示。导体安培的两个数字按比例不同。

　　图15

　　

　　故障2 -导体电流ICond，刻度满量程(0 - 9?kA)

　　图16

　　

　　故障2 -导体电流ICond，刻度范围0 - 200?A

　　如例1(第三章，独立式充电站的故障1)，主要故障电流路径是从变电站经线路导体到充电站外壳，经保护接地导体再回到变压器中性点。在例1中，大部分故障电流通过直接连接的保护接地导体传导，在这种情况下，它只是大约。65%(5.8?kA)。由于充电园区接地与等电位结合系统的集成和较低的接地阻抗，故障电流一方面分布在所有电连接的导体上。另一方面，更高比例的故障电流耗散到地球。

　　各个安装部件的最大导体安培数如下:

　　接地及等电位连接系统车库:

　　地面:276?

　　地铁:1?kA

　　相邻充电站100?A

　　独立充电站:

　　附件:1.1?

　　?PE-conductor: 4.3

　　围护变泵站:1.2?

　　接地连续性导体照明灯杆:6.7?A

　　围墙:1.8?

　　为了确定电流分布，我们计算了接触大地的导体所耗散或收集的电流，结果如图17所示。图17中电流的符号表示电流的流向:正号表示向地电流，负号表示从地收集电流。

　　图17

　　

　　故障2 -耗散到地球的电流Id(正)和从地球收集的电流Ic(负)

　　充电园接地及等电位连接系统的接地敏感部分只向地球耗散电流。作为地球的纯电流汇，电流的作用是:

　　独立式充电站的地基

　　变换站的接地布置

　　灯杆的基础和电连接的接地连续性导体。

　　总的来说，三个电流汇收集40?A的大地电流。

　　在充电园区的接地和等电位连接系统区域，围栏通过其基础收集接地电流，并在变电站附近将其消散。单位长度的耗散电流沿变电站接地布置方向增大。

　　图18和图19显示了不同比例下短路时导体上电位的分布情况。

　　图18

　　

　　故障2 -导体电位VCond，缩放全量程(0 - 230?V)

　　图19

　　

　　故障2 -导体电位VCond，刻度范围0 - 80?V

　　故障充电站外壳电势为66.8?V。这导致从变电站通过线路导体到故障位置的电压降为163.2?V。电流分布的计算结果表明，约为。三分之一的故障电流没有通过连接到故障充电站的保护接地导体传导到变压器中性点。这个比例在整个安装过程中徘徊，并引起不同的电位上升。在充电园区内，除故障位置外，导体电位在35 ~ 40?V之间。与实施例1相比，通过变变电站的接地布置、独立式充电站的基础和照明桅杆的接地连续性导体，有更高比例的接地电流返回变压器中性点。这导致更高的导体电势，约为。60 ~ 65?但是，由于变压器中性点的电连接，变电站及其外壳的接地布置、独立式充电站和照明桅杆的电位几乎相同。栅栏的元素几乎具有3.8和4.2?V之间的恒定电位。

　　地表面电压的结果如图20和图21所示，显示了两个区域的划分:一个是充电园，另一个是剩余的电气装置。

　　图20

　　

　　故障2 -地表面电压φ三维视图

　　图21

　　

　　故障2 -地表面电压φ二维视图

　　充电园左侧形成1 ~ 2?m宽的走廊，地面电压低于5?V(图21中灰色到浅灰色区域)。故障电压为61.7?V，与预期相反，故障电压不是发生在故障位置，而是发生在变电站。故障充电站地表面电压最大值为49.5?V。充电园内距故障位置2?m处形成近等电位面，向外减小至25?V。建筑边缘充电公园的电位下降比变电站、独立式充电站和灯杆的电位下降更大。在围栏基础处，与周围环境相比，地面电压明显降低。

　　与算例1的地表面电压结果对比表明，充电园内线路对地短路时的干扰面积明显增大。这是由于较高的地球电流及其分布在更大的区域。

　　图22和图23中的局部故障电压是由地面电压计算得到的。

　　图22

　　

　　故障2(部分)故障电压UFP 3D视图

　　图23

　　

　　故障2 - UFP(部分)故障电压2D视图

　　故障位置局部故障电压最高达到13.6?V。由于充电园内地表面电压的计算，除故障位置外，提供的几乎是一个等电位面，局部故障电压均小于5?V。可分配给充电停车场的部分故障电压最高的是车棚的金属柱，特别是在外部区域(高达22?V)。这些柱子集成在充电园区的接地和等电位连接系统中，从电工的角度来看，它们被认为是垂直杆。由于垂直杆的特性，(部分)故障电压局部高于水平接地电极[11,12,14]。在1?m范围内接触故障充电站外壳时，故障电压UFA最大值为30.8?V。故障充电站外壳与左侧充电站接触(距离2?m)，假定为电绝缘面，则故障电压为31.5?V。当接触钢结构时，最坏的情况是外部后部最垂直的边缘朝向独立式充电站。其中，1?m范围内的最大活动故障电压为22?V。

　　离充电园区最近的独立式充电站，最大局部故障电压为42.5?V。最大活动故障电压UFA为47.8?V。

　　在外部照明灯杆处，最大局部故障电压UFP为38.5?V。站在该桅杆附近并接触它，最大活动故障电压UFA为37.2?V。57.1?V的有效故障电压是由于同时接触照明桅杆和围栏系统而产生的，这两个系统在空间上只有一米远(假设:电绝缘英尺到地球)。

　　变电站自身最大可触局部故障电压为20.9?V。变电站接地布置水平电极与基础区域围栏系统之间的局部故障电压最高，水平电极处地面电压在50 ~ 60?V之间，变电站旁围栏柱处地面电压在4 ~ 8?V之间，中间围栏柱处局部故障电压最高为48.8?V。变变电站围护结构与围栏之间的距离为1.3?m。如果双手同时接触机箱和围栏，考虑到电绝缘的地表面，接触到57.7?V的主动故障电压。刚接触外壳时，一米内最大活动故障电压为25.9?V。

　　在三维接地等电位结合系统中，当发生线地短路时，三分之二的故障电流通过故障充电站的保护接地导体输送到变压器中性点。三分之一的故障电流在接地和等电位结合系统中游荡，一部分损耗到地。除故障充电站区域外，接地和等电位结合系统的导体电位都是恒定的，内部形成了一个几乎均匀的地表面电压。

　　与算例1的计算结果相比，故障位置的局部故障电压较低。由于导体长度较长，短路安培小于例1，但对地电流较高。对地电流的安培越高，变电站接地布置区域的导体电位和地表面电压的增加就越高，这些电位和地表面电压也会传递到电连接装置上。最大活动故障电压不在故障位置或充电园内，而是在以下区域外:

　　围护转换站到围栏

　　灯杆到栅栏

　　独立式充电站

　　由例2可知，采用保护措施的顶棚充电园三维接地等电位键合系统，可显著降低主动故障电压。如果系统部件不通过接地电极集成到接地系统中，则必须更加注意可能传递的电位。此外，较高的接地电流可能导致其他电隔离装置的干扰。还必须注意围栏系统和电气装置之间的距离。如果这些在手或触摸区域，可以检测到相当大的主动故障电压。相应的集成到接地系统或围栏的电气绝缘中可以防止这种情况并降低主动故障电压。还必须保证有足够大的保护接地导体横截面。由于车棚内充电站的电连接，其他充电站的保护接地导线也将相当大比例的故障电流带回变变电站。

　　给出了电动汽车充电站线路接地短路的计算结果及其对有源故障的影响。为此，设计了一个尽可能接近现实的示范模型，该模型涉及独立的独立充电站和有屋顶的充电公园，以及额外的照明桅杆和围栏。电力由变电站通过TN?S系统提供，保护措施为自动断供。目前的技术水平是将休息时间减少到常规限度;如马克斯。在标称电流高达32?A的端电路中0.4?s，在标称电流高于32?A的主电源线中5?s。这是很常见的，特别是在末端电路中，危险电击的风险估计比配电线路或电网线路要高。因此，防止触电的保护在末端电路中比在主电路中更有可能。下面，考虑到IEC 60479-1:2018标准[2]，处理主电路故障。定义了两种故障(线路导体与金属外壳之间具有理想电气连接的低压线路对地短路):

　　故障1:在独立充电站

　　故障2:在停车场的充电站

　　在故障1的情况下，在接地布置简单的独立式充电站，大部分故障电流通过保护接地导体返回变压器中性点。地表面电压和活动故障电压被限制在故障充电站的区域内。在不切断电源的情况下，超过OVE E 8101:2019?+ AC1:2020[13]的允许限值50?V，超出44.3?V。

　　在故障2的情况下，在具有接地和等电位结合系统的充电园内，故障位置的局部故障电压小于例1。这表明，网格三维接地和等电位连接系统对故障位置的电击保护做出了重大贡献。在充电园内，离故障位置2?m范围内，地表面电压基本均匀。此外，接地和等电位连接系统选择性地导电大约三分之一的故障电流。然而，故障位置的优点也意味着缺点:由于连接到广泛的三维网状接地和等电位连接系统，接地电流安培比例1中要高。虽然故障电流安培降低了大约。5?kA。3.8?kA的电流通过与地面接触的其他装置返回到变压器中性点。栅栏在充电园区区域收集大地电流，并在变电站区域将其消散——它就像一个与地球平行的导体。因此，篱笆的位置取决于电势。实施例2中的最高局部故障电压不发生在故障位置，而是发生在充电区以外的安装部件上。所述变换站的接地布置具有比实施例1高得多的电势，该电势被转移到所述照明桅杆和所述两个独立式充电站。

　　选择100?kW的电动汽车充电站进行计算。在22?kW及以上的功率等级中，带有直流车辆连接器的充电站很常见。在奥地利，仍然没有法规、标准、指南等要求直流充电站安装剩余电流装置。增加连接负载，例如每个充电站300?kW，这在实践中已经很普遍，这意味着供电线路的导体横截面也必须增加:线路导体和保护接地导体的横截面都必须增加。因此，故障安培将上升，体电流可能增加。残余电流监测单元(RCM)在这里肯定有优势，但问题是市场上相应的保护装置的功率等级是多少。当采用自动断电保护措施时，热保险丝或断路器必须迅速断开。在下文中，预期体电流是基于先前计算的主动故障电压UFA来确定的，使用标准IEC 60479-1:2018作为基本准则[2]。机体阻抗的计算结果，如2.2章中已经提到的，在最坏的情况下，不考虑额外的阻抗，如由鞋子或手套引起的阻抗。

　　在例1中，接触导电安装部件可能产生危险。当独立充电站的两个外壳处于绝缘状态时，人可以触摸到74.3?V的主动故障电压。

　　现在，根据IEC 60479-1:2018[2]，人体阻抗可以认为是ZT?=2000?Ω，对于接触75?V电压的50%人群的百分位数排名。该值适用于干燥的手，接触面积为10,000?mm2。通过应用Eq. 2，计算出的活动故障电压UFA?=74.3?V，结果为37?mA, 50?Hz的体电流。

　　对于电流路径，双手到脚(机箱到地面)的有效故障电压为93.9?V。根据[2]，如果50%的人群接触100?V的电压，则身体阻抗为690?Ω。用该值计算机体电流，计算结果为主动故障电压93.9?V，则机体电流为136?mA。

　　在例2中，由于故障位置和充电园区区域的接地和等电位结合较好，故障位置的活动故障电压明显较低。因此，可以假设在故障位置接触时，本体电流低于例1。一方面，由于较低的电压，另一方面，由于由此产生的较高的体阻抗，它们较低。

　　故障充电站的电流路径为双手到脚，故障电压为UFA?=30.8?V时，干手的身体阻抗为ZT?=1300?Ω，接触面积较大，采用接触25?V时手对手阻抗总体的50%百分位秩值计算[2]。利用计算的主动故障电压计算出的机体电流为23.7?mA。

　　从故障充电站到下一个充电站2?m(假设电绝缘地面)的平行电流路径，故障电压为UFA?=36.3?V。在这种情况下，对于干手和大面积接触，根据[2]，接触人群的50%百分位等级为25?V，身体阻抗为ZT?=3250?Ω。使用计算的主动故障电压，得到的体电流为11.1?mA。

　　从变压器外壳到围栏系统的体电流路径是手对手的，体阻抗ZT?=2500?Ω(为50?V选择的值和总体的50%百分位数)得到的有效故障电压为57.7?V，与例1中的假设相同。产生的体电流为23.1?mA。

　　通过身体电流路径双手到脚接触照明桅杆，身体阻抗为1000?Ω。在主动故障电压为37.7?V时，计算出本体电流为37.7?mA。

　　综上所述，表1显示了两个示例的体电流及其相应的电流路径。

　　表1根据[2]计算体电流结果

　　心室颤动的危险性取决于体电流和电流持续的时间。为了评估EN 60479?1中关于电源自动断开保护的保护措施，在接下来的5.3章中进行了断开时间和体电流之间的联系。

　　根据表1，体电流在易损期流动时，可能已经发生了肌肉收缩和心室颤动[2]。因此，尽快排除故障非常重要。选用250?a型热保险丝作为保护装置，可保证熔断时间在20?ms(一个周期)以内。根据IEC 60479标准系列[2,3,4,5,6,7]，对于该断开时间和计算的体电流，心室颤动的概率可以忽略不计。根据[2]使用常规的时间/电流区域进行评估。根据[2]，这些都表示为左手到双脚的当前路径如图24所示。

　　图24

　　

　　交流电流(15至100?Hz)对人的影响的常规时间/电流区域对应于左手到脚的电流路径(图20在[2]中)

　　由于在这个贡献中没有研究左手到脚的电流路径，计算出的电流必须转换为值，这代表了与左手到脚相同的心室颤动的危险。为此，[2]提供了所谓的心脏电流因子F的值，用它可以转换表1中计算出的身体电流。关系如式5所示

　　（5）

　　其中Iref是左手到脚路径的体电流，Ih是适用电流路径的体电流。

　　所研究的电流路径的心脏电流因素如[2]中的表12所示:

　　F?=1:双手到脚

　　F?=0.4:肉搏战

　　应用Eq. 5得到参考电流如表2所示:

　　表2 Co反向体电流我裁判哪些代表心室颤动的危险性与相应的相同将电流路径从左到脚

　　假设最大断路时间为20?ms，在故障2期间，所有参考电流均位于图24中的AC?2区域，根据[2]，除一个电流外，所有电流均超过整个种群5?mA的断路电流阈值。可能的生理影响可能是知觉和不随意肌肉收缩，但通常没有有害的电生理影响(见[2]中的表11)。独立充电站故障时Iref?=136?mA，双手到脚电流路径接近图24中AC?2到AC?3的极限。重要的是要注意，所有的身体电流都适用于干燥的手;如果它们是(盐)湿的(例如雨，冬天的盐湿)，身体电流会显著增加。

　　如果参考电流增加到适用AC - 3区的安培数，则可能出现强烈的不自主肌肉收缩、呼吸困难、可逆性心功能紊乱和/或固定(见[2]中的表11)。

　　如果按照OVE E 8101:2019?+ AC1:2020[13]的要求，将心室颤动的风险降低到常规水平，那么对于>?32?A的TN?s系统，考虑到可能存在的体电流，最大断开时间5?s似乎太高了。因此，尽快关掉它是很重要的。

　　无论将充电站集成到一个局部接地和等电位结合系统中，通过保护接地导体的电流返回路径都是非常重要的。这个电流返回路径应该是低阻抗的，以便传导尽可能多的故障电流。建议定期检查整个故障回路，包括接触电阻、夹紧连接和电缆耳。由于潜在转移的可能性，在安装施工之前必须考虑避免措施。必须特别注意裸露的(导电的)、可接近的部分，如I类设备的安装。

　　如本文开头所述，普通人只有在特殊情况下才能使用100?kW范围内的操作设备，或者根本无法使用。由于个人电动汽车的普及，这种情况突然发生了变化。电动汽车充电站没有典型的位置;它们可以是建筑装置的一部分，在特别建造的充电公园或在任何天气条件下的户外。根据安装地点的不同，防护措施的设计必须单独考虑。如果仔细考虑边界条件，在TN - S系统中自动切断电源的保护措施可以降低交流低压电源故障时的触电风险。为了满足这一要求，必须考虑现有和预期的边界条件，如导体长度、等电位键合、现有的其他装置和电磁干扰，以及环境影响。

　　两个故障充电站都由95?mm2横截面的线路导体和50?mm2的保护接地导体供电。根据[13]表54.2，保护接地导体的最小横截面必须为线导体的一半。从两种故障的结果可以得出，较高的保护接地导体截面有利于降低故障充电站外壳处的主动故障电压。这将减少体阻抗和体电流在任何电流路径时，触摸外壳。为了安全运行，必须保证保护接地导体的功能。这可以通过定期测试(例如故障阻抗)来完成。

　　此外，除充电站以外的其他安装部分也可能发生电气故障，例如供电电缆的线路对地短路或变电站的低压或高压短路。这种故障还会在整个装置中引起局部或转移的电位和不需要的流浪电流，从而导致主动故障电压和体电流。为了将人体受到有害电击的危险降到常规水平，从高压到低压的整个系统必须协调一致。

　　无论如何，使用不当都是不容忽视的。为确保充电站及其所属设备在启用后安全可靠，必须由具备适当专业知识的人员定期进行测试，以供核实。

　　目前国内外在电动汽车充电站建设和安全运行方面的标准化水平还比较落后。在安全可靠运行方面，研究项目ProSafE2 (Protection, Safety and Efficiency of Electric Vehicle Charging Stations，[15])正在研究直流充电站的定期测试问题。研究结果定期提交给奥地利OVE工作组AG Ladestationen-DC，如果被接受，也将在OVE指令r30中实施[16]。ProSafE2以OVE为项目负责人，其工作组由研究机构、工业、电网运营商和能源供应公司、测试和认证机构以及充电站运营商组成，这种方法是示范性的，只有在其他标准化项目中才能得到支持和增加。然而，充电站的制造商也应该越来越多地参与其中，以便以最好的方式协调从电源到负载的保护措施。

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