Stazioni di ricarica per auto elettriche – diagnostica e misurazioni di sicurezza

Luglio 4, 2023

La crescita esponenziale di automobili elettriche sulle nostre strade ha forzato uno sviluppo repentino di infrastrutture per la loro ricarica.

È solamente l’inizio del percorso di crescita di un nuovo segmento, che nella maggior parte dei Paesi del mondo dovrebbe sostituire il settore da un potere finora enorme – quello dei veicoli con motore a combustione. Indipendentemente dalla tecnologia utilizzata, nel trasporto stradale la sicurezza è sempre stata una questione cruciale. In caso di utilizzo di veicoli elettrici, oltre alla sicurezza su strada come tale, si aggiungono anche fattori relativi all’utilizzo corretto di energia elettrica indispensabile per la loro propulsione. Il processo di ricarica del veicolo EV è un percorso che parte dalla generazione dell’energia in una centrale o da fonti di energia rinnovabile, per arrivare alla sua trasmissione e alla distribuzione nei punti di ricarica EVSE. Solo a quel punto avviene la ricarica della batteria dell’automobile. La sicurezza dovrebbe essere garantita in ciascuna di queste fasi del processo. Uno degli elementi che la garantiscono sono le prove e le misurazioni elettriche effettuate durante i collaudi, nonché quelle eseguite periodicamente, conformemente alle norme elettriche vigenti.

Le stazioni di ricarica possono essere installate in svariati luoghi, come benzinai, parcheggi, garage sotterranei o semplicemente presso case indipendenti. Molto genericamente possono essere divise per stazioni di tipo AC e DC. Le stazioni AC dispongono solimante di minore potenza, nell’intervallo 3,7 kW – 22 kW. Le stazioni di ricarica a corrente continua DC, spesso definite come rapide, possono caricare già a partire dalla potenza pari a 350 kW. Si diversificheranno quindi dipendentemente dalle esigenze e dalle condizioni di collegamento, che purtroppo spesso costituiscono una seria limitazione. Tuttavia, indipendentemente dalla tipologia della stazione per cui viene predisposto il collegamento, le misurazioni elettriche adeguate dovrebbero essere eseguite già in questa fase. Infatti, già il collegamento stesso spesso determina la sicurezza dell’utente e dei dispositivi ad esso collegati.

Le misurazioni effettuate nelle stazioni di ricarica saranno un po’ diverse, per via della loro modalità di funzionamento e della struttura. Noi ci concentreremo soprattutto sulle stazioni di tipo AC, anche se molte delle misurazioni presentate saranno adeguate anche per le stazioni DC.

Norme e legislazione

Prove e test eseguiti correttamente dovrebbero basarsi su norme e legislazione vigenti. Esse sono la garanzia dell’applicazione della conoscenza tecnica collaudata e più attuale di una determinata area, nel nostro caso nel campo di elettromobilità e impianti elettrici. Le norme principali su cui possiamo basarci sono attualmente le seguenti:

CEI-EN 61851 – Sistema di ricarica conduttiva dei veicoli elettrici
CEI EN 60364 – Impianti elettrici a bassa tensione

In particolare:

Parte 6: Verifica
Parte 4-41: Protezione per la sicurezza – Protezione contro le scosse elettriche
Parte 7-722: Requisiti per installazioni o posizioni speciali – Materiali per veicoli elettrici

I suddetti standard vengono completati perfettamente dalle norme:

CEI EN 62196 – Spine, prese, connettori per veicoli e prese per veicoli – Ricarica conduttiva di veicoli elettrici
CEI EN 62752 – Dispositivo di protezione e controllo integrato sul cavo per la ricarica in modo 2 dei veicoli elettrici (IC-CPD)
CEI EN 50620 – Cavi elettrici – Cavi di carica per veicoli elettrici
IEC 62955 – Dispositivo di rilevamento della corrente continua residua (RDC-DD) da utilizzare per la ricarica in modalità 3 di veicoli elettrici
UNI-EN ISO 15118 – Veicoli stradali – Interfaccia di comunicazione veicolo-rete

Misurazioni nelle stazioni di ricarica dei veicoli elettrici

Pertanto, tra le misurazioni più importanti e le verifiche eseguite nelle stazioni di ricarica per veicoli elettrici si menzionano le seguenti attività:

1. Ispezione visiva

Non è ancora una misurazione ma un insieme di attività e di oggetti soggetti alle verifiche, che dovrebbero essere controllati ancor prima di procedere con le prove. Ad essi appartiene per esempio la verifica:

della modalità di protezione contro i rischi di scossa elettrica;
della modalità di protezione antincendio;
della scelta di cavi, tenendo conto della portata di corrente e della caduta di tensione;
della scelta e dell’impostazione dei dispositivi di protezione e di segnalazione;
della designazione corretta dei conduttori neutri e di protezione;
della presenza di schemi, avvertenze scritte o altre informazioni simili;
della designazione di circuiti, dispositivi di protezione di sovracorrente, connettori, morsetti, etc.;
della correttezza dei collegamenti dei conduttori;
della presenza e della continuità dei conduttori di protezione;
della disponibilità di dispositivi, che permetta un utilizzo comodo, l’identificazione e la manutenzione;
delle condizioni e dell’integrità dell’alloggiamento della stazione.

2. Misurazione della resistenza dei conduttori di protezione e compensativi (continuità)

Per assicurare una protezione antincendio appropriata e la sicurezza degli utenti e dei dispositivi, occorre verificare la correttezza dei collegamenti di protezione con elementi conduttori disponibili, nonché la loro messa a terra adeguata. Questa è una delle prove più importanti. In pratica effettuiamo la misurazione della resistenza tra il binario PE e i singoli elementi conduttori disponibili della stazione.

3. Misurazione di terra

Le misurazioni della resistenza delle messe a terra di esercizio dovrebbero essere eseguite, se esse vengono applicate. La qualità delle messe a terra influisce direttamente sulla sicurezza d’utilizzo del dispositivo, ma soprattutto sull’efficacia della protezione dalla folgorazione e della protezione contro i fulmini. La resistenza misurata permette di determinare il valore della tensione di contatto, che potrebbe crearsi tra le varie parti conduttrici sul conduttore di protezione. Attualmente, produttori di dispositivi di misurazione offrono la possibilità di misurazione con vari metodi, tuttavia, tra essi il metodo più comune rimane quello tecnico. In caso di condizioni tipicamente “urbane” e mancata possibilità di infissione di sonde di misurazione nel suolo, possiamo applicare i metodi a pinze.

4. Misurazione della resistenza dell’isolamento

L’isolamento delle parti attive del circuito svolge il ruolo di protezione di base dal contatto diretto. Ciò previene non solo la folgorazione dell’utente dell’impianto in caso di contatto diretto con un elemento conduttore, ma protegge anche l’impianto stesso dal cortocircuito tra i conduttori o tra la fase e l’alloggiamento del dispositivo collegato alla rete di alimentazione.

In caso di stazioni di ricarica va ricordato che misurando la resistenza dell’isolamento dalla parte del conduttore di ricarica, misuriamo solamente un breve tratto – verso “l’interno della stazione”.

Occorre essere consapevoli del fatto che, dipendentemente dalla struttura e dagli elementi utilizzati, l’applicazione della tensione sui circuiti della stazione potrebbe, in casi estremi, comportare il suo danneggiamento oppure l’attivazione dei dispositivi di protezione. Pertanto occorre disporre di un’adeguata conoscenza tecnica e padronanza dell’impianto misurato. Ovviamente dovremmo anche verificare i conduttori di alimentazione del punto di ricarica in sé. Conformemente alle norme, la tensione nominale della stazione determina la tensione di prova.

5. Misurazione dell’impedenza dell’anello di guasto

Uno degli elementi di protezione antincendio dal contatto indiretto viene costituito dall’utilizzo di dispositivi di protezione di sovracorrente nei circuiti elettrici. Un valore adeguatamente basso dell’impedenza dell’anello di guasto è la condizione necessaria per la loro corretta attivazione nei tempi richiesti dalla norma. Questo valore influisce invece in maniera diretta sulla corrente di guasto prevista. Il risultato della misurazione deve quindi essere correlato ai dispositivi di protezione utilizzati nel circuito. Molti strumenti di misurazione disponibili sul mercato hanno già una base di protezioni integrate disponibile. La scelta di un dispositivo di protezione presente nel nostro circuito fa sì, che il misuratore ricalcoli automaticamente e valuti la correttezza del valore dell’impedenza dell’anello di guasto.

Per eseguire la prova dobbiamo indurre la stazione di ricarica nella modalità C o D, ovvero la modalità di ricarica del veicolo, per creare sul connettore la tensione nominale.

Perciò dobbiamo disporre di strumentazione di misura adatta che permetta il cambiamento di modalità di funzionamento della stazione.

6. Misurazione dei parametri degli interruttori differenziali

La verifica dei parametri degli interruttori RCD ha come scopo quello di determinare la loro capacità di spegnimento del circuito nei tempi adeguati in caso di comparsa della corrente di dispersione. La prova consiste principalmente nella misurazione della corrente di attivazione e del tempo di attivazione dell’interruttore. Dipendentemente dalla tipologia dell’interruttore RCD e dalla sua corrente differenziale, paragoniamo i suddetti valori con valori soglia menzionati nelle norme. In caso di stazioni di ricarica, l’interruttore differenziale è un elemento di protezione essenziale, richiesto rigorosamente dalle norme.

Inoltre, se la stazione è munita di più di un punto di ricarica, allora ciascuno di essi dovrebbe essere messo in sicurezza con un interruttore di questo genere. In aggiunta, considerando la presenza della corrente continua nel circuito auto-stazione di ricarica, è obbligatorio un dispositivo di protezione con rilevamento della corrente di dispersione DC superiore a 6mA. In pratica questa condizione viene rispettata dagli interruttori RCD di tipo B oppure dalla versione dedicata di RCD di tipo A con la sigla aggiuntiva EV. Una soluzione alternativa, che possiamo vedere nelle stazioni, è il modulo di monitoraggio della corrente di dispersione DC, il cosiddetto RCM (Residual Current Monitoring).

Strumentazione di misurazione

Ovviamente, per eseguire prove complete sono indispensabili strumenti di misurazione adeguati. Essi devono soddisfare i requisiti della norma CEI-EN 61557 composta da varie parti. A questo proposito, viene raccomandato l’utilizzo di misuratori di produttori mondiali riconosciuti nel settore di apparecchiature professionali di controllo e misurazione. Senza dubbio l’azienda Sonel fa parte di questa cerchia. Da oltre 25 anni produce strumenti professionali dedicati per il controllo di sicurezza, stato tecnico, parametri e qualità delle reti elettriche. L’offerta dell’azienda comprende misuratori che possiamo utilizzare con successo per le misurazioni sopra elencate alle stazioni di ricarica: