Aplicação do RCM 14-01

O carregamento de veículos elétricos (EVs) envolve a transferência de energia elétrica de uma estação de carregamento para a bateria do veículo. Esse processo deve ser seguro tanto para o usuário quanto para o equipamento. Portanto, a implementação de proteções adequadas é crucial. Além das proteções normais, como dispositivos de sobretensão (DSP), sobrecorrente(DisJuntores), a norma NBR 17019 determina, a implantação de proteções de correntes residuais em AC e DC .

Entre essas proteções, destacam-se as proteções de corrente diferencial em AC (corrente alternada) e DC (corrente contínua).

Nesse post estaremos interessados em testar o RCM 14.01 que é um monitor de corrente residual, para correntes de fuga maiores que 6mA em corrente contínua. Especialmente projetado para ser utilizado em projeto de carregadores de veículos elétricos, modo 3.

Ele protege o veículo e usuário, e faz o desligamento de instalações com correntes de fuga maiores ou iguais a 6 mA.

Figura1 – Bayface do RCM14-01

Proteções Necessárias em Carregamento de Veículo Elétrico

Além das proteções normais, como sobretensão (DSP), sobrecorrente, a norma NBR 17019 determina, a proteções de correntes residuais em AC e DC .

1. Proteção de Corrente Diferencial (RCD) em AC

A proteção de corrente diferencial, também conhecida como Dispositivo de Corrente Residual (RCD – Residual Current Device) ou Disjuntor Diferencial Residual (DDR), é fundamental para detectar e interromper correntes de fuga à terra. No contexto de carregamento de veículos elétricos, essas correntes podem ser causadas por falhas de isolamento ou por problemas no circuito de carregamento.

Tipos de RCD

RCD Tipo A: Detecta correntes diferenciais de AC e pulsos de corrente contínua. É adequado para a maioria das aplicações domésticas e comerciais, incluindo alguns tipos de estações de carregamento de EVs.
RCD Tipo B: Detecta correntes diferenciais de AC, DC pulsante e DC contínua. É necessário para estações de carregamento de veículos elétricos que utilizam carregadores internos de modo 3 e modo 4, que podem gerar correntes de fuga contínuas.

2. Proteção de Corrente Diferencial em DC

A presença de componentes de corrente contínua nas estações de carregamento de EVs, especialmente em carregadores rápidos, exige uma proteção específica. Correntes de fuga DC podem não ser detectadas por RCDs convencionais, o que torna necessária a implementação de Dispositivos de Corrente Residual para DC (RDC-DD).

RDC-DD

RDC-DD: Estes dispositivos são projetados para detectar e interromper correntes de fuga contínuas. São essenciais para garantir a segurança em carregadores rápidos (DC Fast Chargers) e em situações onde a corrente DC pode estar presente.

3. Proteções para Correntes de Fuga Maiores que 6mA

A norma IEC 61851-1 especifica que, para correntes de fuga maiores que 6mA em DC, devem ser tomadas medidas adicionais de proteção. A presença de correntes de fuga maiores que 6mA pode desativar um RCD Tipo A, pois esses dispositivos não são projetados para lidar com tais correntes.

Medidas de Proteção

RCD Tipo B ou RDC-DD: Implementar um RCD Tipo B ou um RDC-DD que seja capaz de detectar e interromper correntes de fuga de AC e DC, incluindo valores superiores a 6mA.
Monitoramento Contínuo: Sistemas de monitoramento contínuo das correntes de fuga, que podem alertar o usuário ou desligar o carregamento automaticamente em caso de falha. Esse monitoramento pode ser integrado ao sistema de gerenciamento da estação de carregamento.
Isolamento Adicional: Uso de transformadores de isolamento ou outros métodos de isolamento galvânico para prevenir a transferência de correntes de fuga para o lado de baixa tensão ou para a terra.

Conclusão

Garantir a segurança no carregamento de veículos elétricos é essencial para proteger os usuários e os equipamentos. As proteções de corrente diferencial, tanto em AC quanto em DC, desempenham um papel vital nesse processo. Em especial, a implementação de dispositivos que possam detectar correntes de fuga maiores que 6mA é crucial para atender às normas de segurança e garantir uma operação segura e confiável das estações de carregamento. A combinação de RCD Tipo B, RDC-DD, monitoramento contínuo e isolamento adicional proporciona uma abordagem robusta para proteger contra possíveis falhas e assegurar um carregamento seguro e eficiente dos veículos elétricos.

Testes com RCM14-01 e ESP32

Pinagem ESP32 WROM

Na montagem para o teste usou-se o pino GPIO 36 que na pinagem do ESP32 WROM é o pino 3, pino esse configurado como uma entrada digital (INPUT).

Foi utilizado um resistor externo de PULLUP de 10 kohms conectando o pino 3 (GPIO36) ao pino 1, que é o 3,3Volts do ESP32 WROM.

Abaixo o circuito completo do teste, com todas as conexões. O pino 4 do RCM14-01 foi conectado ao pino 3 do ESP32 WROM.

O pino 3 do RCM14.01 pode ser utilizado como teste para simular uma corrente de fuga. Conforme esquema abaixo, observe que aplicando-se 12 Vcc a esse pino, teremos a atuação do transistor que está conectado em uma configuração opencolector, fazendo o chaveamento do mesmo.

Circuito sugerido para teste do fabricante.

Código de teste

O código implementado no ESP32 WROM, foi escrito na IDE Arduino, como segue comentado abaixo, com as principais linhas e sua função:

Configurar a Placa no Arduino IDE ESP32 Wrover module

Definir pino GPIO36 como digitalPin com o comando const int digitalPin = 36; // GPIO36 ou SENSOR_VP
No void setup()
1. Configurado a porta serial através do comando Serial.begin(115200); // Inicia a comunicação serial a 115200 bps
2. Configurar GPIO como entrada digital através do comando pinMode(digitalPin, INPUT); // Configura o GPIO36
No void loop()
1. Ler o valor do GPIO36 através do comando int digitalValue = digitalRead(digitalPin); // Lê o valor digital (HIGH ou LOW)
2. Imprimir na serial o resultado através do comando // Imprime o valor lido no monitor serial
  Serial.println(digitalValue);

Marcos Benedetti

RCM 14-01 Residual Current Monitor – Mode 2 EV Integrado com ESP32