Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 13510:2022 (hoàn toàn tương đương với IEC 62752:2018) quy định các yêu cầu kỹ thuật, phương pháp thử nghiệm và tiêu chuẩn an toàn đối với Thiết bị điều khiển và bảo vệ tích hợp trên cáp dùng cho sạc điện chế độ 2 của các phương tiện giao thông đường bộ chạy điện (IC-CPD). Văn bản này tập trung vào việc đảm bảo an toàn tuyệt đối cho người sử dụng và phương tiện trong quá trình sạc điện thông qua các cơ chế bảo vệ dòng rò, giám sát tính toàn vẹn của dây dẫn bảo vệ (PE), và khả năng chống chịu các tác động cơ học cũng như môi trường khắc nghiệt.

Phạm vi và đối tượng áp dụng

Tiêu chuẩn này áp dụng cho các thiết bị IC-CPD được tích hợp trên cáp sạc dùng cho xe điện (EV) hoạt động ở chế độ sạc 2 (Mode 2). Đối tượng áp dụng bao gồm các nhà sản xuất thiết bị sạc, các tổ chức thử nghiệm, chứng nhận chất lượng và các đơn vị vận hành hệ thống hạ tầng sạc điện cho phương tiện giao thông đường bộ chạy điện.

1. Kiểm tra xác nhận các đặc tính vận hành và bảo vệ an toàn điện

• Bảo vệ khi dây dẫn bảo vệ (PE) mang điện nguy hiểm (Điều 9.7.7.2): IC-CPD không được phép đóng mạch nếu phát hiện dây dẫn bảo vệ mang điện thế nguy hiểm. Trong trường hợp thiết bị đã đóng mạch, nó phải tự động ngắt kết nối trong thời gian không quá 300 ms khi xuất hiện dòng điện dư danh định chạy qua bất kỳ đầu nối nào đang có điện.
• Hoạt động khi mất dây trung tính hoặc mất pha (Điều 9.7.7.3):
  • Đối với loại LNSE / LNE (hệ thống một pha có dây bảo vệ và trung tính): Thiết bị không được đóng mạch ngay cả trong giây lát nếu dây trung tính bị hở; nếu đang đóng mạch, thiết bị phải tự động mở mạch trong vòng 1 giây sau khi dây trung tính bị đứt.
  • Đối với loại LLSE / LLE (hệ thống hai pha): Thiết bị không được đóng mạch khi một dây pha bị hở; nếu đang đóng mạch, thiết bị phải tự động mở mạch trong vòng 1 giây sau khi mất pha.
  • Đối với loại LLLNSE / LLLNE (hệ thống ba pha): Thiết bị không được đóng mạch khi dây trung tính bị hở; nếu đang đóng mạch, thiết bị phải tự động mở mạch trong vòng 1 giây sau khi dây trung tính bị đứt.
• Hệ thống nguồn không tương thích (Điều 9.7.7.4): IC-CPD phải có cơ chế tự động ngăn chặn việc đóng mạch khi kết nối với hệ thống cấp nguồn không tương thích với thiết kế của thiết bị (ví dụ: thiết bị thiết kế cho hệ thống LNSE nhưng lại cắm vào hệ thống LLSE).
• Hở mạch dây dẫn bảo vệ (Điều 9.7.7.5): Khi dây dẫn bảo vệ phía nguồn cấp bị hở mạch (được mô phỏng bằng cách nối PE với trung tính hoặc pha qua điện trở 1.600 Ohm), IC-CPD tuyệt đối không được đóng mạch ngay cả trong giây lát.
• Giám sát kết nối PE với xe điện (Điều 9.7.9): Thiết bị chỉ được phép đóng mạch khi dây dẫn bảo vệ đã được kết nối an toàn với xe điện. Nếu kết nối này bị ngắt đột ngột trong quá trình sạc, các tiếp điểm của IC-CPD phải tự động mở ra trong thời gian dưới 0,1 giây.
• Dòng điện tĩnh trên dây PE (Điều 9.7.10): Để đảm bảo an toàn trong điều kiện vận hành bình thường, dòng điện tổng hiệu dụng chạy qua dây dẫn bảo vệ không được vượt quá 1 mA ở trạng thái mở mạch và không quá 1,5 mA ở trạng thái đóng mạch khi thiết bị được cấp nguồn ở mức 1,1 lần điện áp danh định.
• Bảo vệ dòng một chiều dư (Điều 9.7.11 & 9.7.12):
  • Đối với nguồn cấp hai pha: Thiết bị phải tác động cắt trong giới hạn dòng điện dư từ 3,5 mA đến 7 mA khi xuất hiện dòng điện một chiều dạng xung dư từ các mạch chỉnh lưu.
  • Đối với nguồn cấp ba pha: Thiết bị phải tác động cắt trong giới hạn dòng điện dư từ 3,1 mA đến 6,2 mA.

2. Độ bền cơ học, điện và khả năng chịu tác động môi trường

• Độ bền của chức năng dòng điện dư (Điều 9.8): IC-CPD phải chịu đựng được tổng cộng 10.000 chu kỳ thao tác đóng - mở ở điện áp làm việc danh định với tần suất 4 chu kỳ/phút. Thử nghiệm bao gồm 1.000 chu kỳ đóng cắt có tải thông thường và 1.500 chu kỳ đóng cắt bằng cách kích hoạt dòng điện dư danh định. Sau thử nghiệm, thiết bị không được mòn quá mức, không rò rỉ chất gắn, vỏ bọc không bị hư hại và phải tác động cắt với dòng điện thử nghiệm 1,25 IΔn trong thời gian không quá 0,3 giây.
• Khả năng chịu xóc và va đập cơ khí (Điều 9.10):
  • Thử nghiệm thả rơi (Điều 9.10.2): Thiết bị phải chịu được thử nghiệm thả rơi tự do từ độ cao 1 m xuống nền bê tông hoặc tấm thép (thực hiện trên 3 mẫu, mỗi mẫu rơi 2 lần theo mỗi trục x, y, z). Sau thử nghiệm, vỏ bọc không được nứt vỡ làm lộ bộ phận mang điện và chức năng tự kiểm tra (self-test) phải hoạt động bình thường.
  • Thử nghiệm uốn cáp đúc sẵn (Điều 9.25): Thiết bị phải chịu được 10.000 lần uốn với góc uốn 90 độ (45 độ về mỗi bên) dưới tải trọng kéo 20 N hoặc 25 N tùy thuộc vào tiết diện cáp, tốc độ uốn 60 lần/phút mà không bị gián đoạn dòng điện hoặc ngắn mạch giữa các ruột dẫn.
  • Thử nghiệm cơ cấu chặn dây (Điều 9.24): Cáp nguồn phải chịu được lực kéo thẳng đứng 100 lần với lực từ 60 N đến 100 N (tùy thuộc dòng danh định) và mô-men xoắn 0,25 Nm trong 1 phút mà không bị dịch chuyển quá 2 mm.
• Khả năng chịu nhiệt và chống cháy (Điều 9.11 & 9.12):
  • Thử nghiệm tủ nhiệt (Điều 9.11.2): Thân thiết bị phải chịu được nhiệt độ 100°C trong 1 giờ (70°C đối với nắp tháo rời) mà không bị biến dạng hoặc chảy hợp chất gắn làm lộ bộ phận mang điện.
  • Thử nghiệm ép viên bi (Điều 9.11.3): Các bộ phận cách điện giữ chi tiết mang dòng phải chịu lực ép của viên bi thép đường kính 5 mm với lực 20 N ở nhiệt độ 125°C trong 1 giờ, đường kính vết lõm sau khi làm nguội không được vượt quá 2 mm.
  • Thử nghiệm sợi dây nóng đỏ (Điều 9.12): Thực hiện ở nhiệt độ 750°C đối với các bộ phận cách điện giữ bộ phận mang dòng và 650°C đối với các bộ phận cách điện khác. Mẫu thử đạt yêu cầu nếu không tạo ngọn lửa hoặc ngọn lửa tự tắt trong vòng 30 giây sau khi rút sợi dây nóng đỏ.
• Thử nghiệm độ tin cậy và khí hậu (Điều 9.17):
  • Thử nghiệm khí hậu (Điều 9.17.1): Thiết bị phải trải qua 28 chu kỳ thử nghiệm nhiệt ẩm liên tục (mỗi chu kỳ 24 giờ) ở nhiệt độ 55°C và độ ẩm tương đối không dưới 95%. Trong suốt quá trình thử nghiệm, IC-CPD tuyệt đối không được tác động cắt nhầm.
  • Thử nghiệm ở nhiệt độ 45°C (Điều 9.17.2): Thiết bị chịu tải dòng danh định ở nhiệt độ 45°C trong 28 chu kỳ (mỗi chu kỳ gồm 21 giờ chạy tải và 3 giờ nghỉ). Độ tăng nhiệt của các đầu nối sau chu kỳ cuối cùng không được vượt quá 50°C.
• Khả năng chịu thời tiết và hóa chất (Điều 9.29, 9.31 & 9.32):
  • Bức xạ cực tím (UV) (Điều 9.31): Vỏ bọc phi kim loại phải chịu thử nghiệm chiếu tia UV trong 500 giờ, yêu cầu độ bền uốn và độ bền va đập sau thử nghiệm phải duy trì tối thiểu 70% so với ban đầu.
  • Thử nghiệm sương muối (Điều 9.32): Áp dụng cho các bộ phận kim loại để đánh giá khả năng chống ăn mòn trong môi trường biển và ven biển thông qua các chu kỳ nhiệt ẩm kết hợp phun sương muối ở 35°C.
  • Tải hóa chất (Điều 9.29): Thiết bị phải chịu được các tác nhân hóa học theo tiêu chuẩn ISO 16750-5 đối với khoang hành lý và lắp đặt ngoài trời.
• Thử nghiệm xe đè qua (Điều 9.34): Hộp chức năng của IC-CPD phải chịu được lực ép 5.000 N bằng lốp ô tô tiêu chuẩn lăn qua với tốc độ 8 km/h mà không bị nứt vỡ, biến dạng nghiêm trọng làm lộ bộ phận mang điện hoặc ảnh hưởng đến khả năng bảo vệ điện môi. Thiết bị cũng phải chịu thử nghiệm phá hủy ở lực đè 11.000 N.
• Thử nghiệm bảo quản ở nhiệt độ thấp (Điều 9.35): Thiết bị được bảo quản ở nhiệt độ -40°C trong 24 giờ ở trạng thái không hoạt động. Sau khi đưa về nhiệt độ phòng, thiết bị phải tác động cắt bình thường với dòng điện thử nghiệm 1,0 IΔn.
• Thử nghiệm rung và xóc (Điều 9.36): Thiết bị phải chịu thử nghiệm rung động ngẫu nhiên với gia tốc hiệu dụng 2 G trong 8 giờ trên mỗi mặt phẳng, sau đó chịu 10 lần xóc nửa hình sin với gia tốc 100 m/s2 trong thời gian 16 ms.

3. Hành vi trong điều kiện quá dòng, ngắn mạch và tương thích điện từ

• Khả năng chịu ngắn mạch và phối hợp bảo vệ (Điều 9.9): Tiêu chuẩn quy định chi tiết các thử nghiệm ngắn mạch nhằm xác nhận khả năng chịu đựng của IC-CPD khi phối hợp với thiết bị bảo vệ ngắn mạch (SCPD) phía nguồn:
  • Khả năng đóng và cắt danh định (Im) và khả năng đóng cắt dòng ngắn mạch dư danh định (IΔm).
  • Phối hợp ở dòng ngắn mạch có điều kiện danh định (Inc) và dòng ngắn mạch dư có điều kiện danh định (IΔc) dựa trên các giá trị năng lượng thông qua tối thiểu (I2t) và dòng điện đỉnh (Ip) quy định tại Bảng 17.
• Tương thích điện từ (EMC) (Điều 9.26): IC-CPD phải vượt qua các thử nghiệm EMC theo tiêu chuẩn IEC 61543, bao gồm khả năng chống biến thiên điện áp, mất cân bằng pha, trường điện từ, xung đột biến đơn hướng (thang thời gian ms, μs và ns) và phóng tĩnh điện.
• Mất nguồn điện áp cấp (Điều 9.14):
  • Khi điện áp nguồn giảm xuống dưới mức tối thiểu (Ux), thiết bị phải tự động mở mạch.
  • Trong trường hợp mất điện áp cấp đột ngột, thời gian tự động cắt mạch của IC-CPD không được vượt quá 1 giây.
  • Khi nguồn điện phục hồi, thiết bị chỉ được phép tự động đóng mạch lại để sạc khi điện áp đạt tối thiểu 0,85 lần điện áp danh định.
• Chống tác động cắt không mong muốn (Điều 9.16): Thiết bị phải chịu được 10 lần đặt dòng điện tăng vọt dạng sóng dao động tắt dần (đỉnh 25 A, tần số 100 kHz) mà không được tác động cắt nhầm.

4. Quy trình thử nghiệm và số lượng mẫu (Phụ lục A)

Phụ lục A quy định chi tiết các trình tự thử nghiệm từ A đến P để đánh giá sự phù hợp của thiết bị. Số lượng mẫu thử nghiệm thông thường yêu cầu từ 1 đến 3 mẫu cho mỗi trình tự thử nghiệm đầy đủ. Đối với các dải sản phẩm có cùng thiết kế cơ bản (khác nhau về dòng danh định hoặc dòng dư danh định), tiêu chuẩn cho phép áp dụng quy trình thử nghiệm rút gọn với số lượng mẫu giảm theo quy định tại Bảng A.3.

5. Ứng dụng dây dẫn bảo vệ chuyển mạch (SPE) (Phụ lục D)

Phụ lục D giải thích chi tiết về vai trò của chức năng dây dẫn bảo vệ chuyển mạch (SPE). SPE đảm bảo rằng nếu dây dẫn bảo vệ (PE) bị mang điện nguy hiểm do lỗi đấu nối sai nguồn cấp (như đảo ngược dây pha và dây trung tính, hở mạch trung tính hoặc hở mạch đất), IC-CPD sẽ ngăn chặn việc đóng mạch hoặc ngắt kết nối hoàn toàn để bảo vệ người sử dụng không bị điện giật khi tiếp xúc với các phần kim loại hở của xe điện.

Hiệu lực áp dụng

TCVN 13510:2022 có hiệu lực áp dụng kể từ ngày ban hành theo quyết định của cơ quan thẩm quyền Nhà nước về Khoa học và Công nghệ, thay thế hoặc áp dụng song song với các tiêu chuẩn liên quan đến thiết bị bảo vệ dòng rò di động nhằm nâng cao tiêu chuẩn an toàn cho hạ tầng xe điện tại Việt Nam.