住宅小區(qū)電動汽車充電設(shè)施的電氣設(shè)計

鄔 爽

(沈陽化工大學(xué) 科亞學(xué)院，沈陽 110000)

1 發(fā)展背景

節(jié)能減排已成時代主題，新能源汽車應(yīng)運(yùn)而生，得到了國家的大力扶持，車輛保有量不斷增加。據(jù)國際能源署分析結(jié)果顯示，在強(qiáng)有力的政策支持和電池成本快速下降的雙重驅(qū)動下，到2030年，插電式汽車的保有量將增至1.25億～2.20億臺。中國作為全球最大的插電式汽車市場，銷售數(shù)量不斷增長，爆發(fā)出了強(qiáng)勁的發(fā)展態(tài)勢。與之相對的是充電設(shè)施緊張，限制了電動汽車消費(fèi)。國務(wù)院印發(fā)了《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，各地政府積極響應(yīng)?！渡虾Ｊ须妱悠嚦潆娫O(shè)施建設(shè)管理暫行規(guī)定》要求，新建住宅小區(qū)應(yīng)按照不低于總停車位10%的比例預(yù)留充電設(shè)施安裝條件；廣東省《關(guān)于加快新能源汽車推廣應(yīng)用的實施意見》要求，新建住宅停車位必須全部建設(shè)充電設(shè)施或預(yù)留安裝充電設(shè)施接口等。電氣設(shè)計作為住宅小區(qū)電動汽車充電設(shè)施配備的關(guān)鍵，應(yīng)考慮安全、便捷等服務(wù)需求。

2 住宅小區(qū)電動汽車充電設(shè)施的電氣設(shè)計方案

2.1 平面布置

近年來，隨著電動汽車行業(yè)的興起，加之國家政策扶持，逐漸被消費(fèi)者接受和認(rèn)可，作為其重要的動力能源，充電需求與日倍增。在科技創(chuàng)新的驅(qū)動下，市面上出現(xiàn)了多種充電樁，產(chǎn)品參數(shù)及安裝方式也有所不同，對此，應(yīng)采用差異化的電氣設(shè)計方案。具體實踐過程中，設(shè)計師要注重做好與建筑專業(yè)人員的溝通工作，在不影響車位劃分的情況下，選擇最佳的充電設(shè)施配備，以提高土地資源利用率。如要充分考慮電動汽車充電設(shè)施的安裝空間需求，優(yōu)先選擇靠近墻體或柱子的位置，設(shè)計壁掛式充電樁，或在兩排背靠背垂直后退停車位置設(shè)計落地式充電樁，預(yù)留足夠的可操作空間，盡量不對其他車輛通行造成干擾，有效保證停車場安全。由于電動汽車結(jié)構(gòu)的特殊性，隨著行駛里程的增加，其電池性能會有所衰減，可能會出現(xiàn)漏電現(xiàn)象，且充電過程基本處于無人看守狀態(tài)，出于安全需求考量，在住宅小區(qū)電動汽車充電設(shè)施的電氣設(shè)計實踐中，需注意與監(jiān)控系統(tǒng)、消防系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)，預(yù)留相應(yīng)的設(shè)備安裝端口，實時掌握停車場動態(tài)，最大限度地避免出現(xiàn)安全問題，降低風(fēng)險概率，努力為住戶提供安全、便捷、舒適的生活環(huán)境。

2.2 配電系統(tǒng)

在經(jīng)由所屬地區(qū)政府審批供電方案之后，住宅小區(qū)電動汽車充電設(shè)施的電氣設(shè)計應(yīng)與公共電力容量相分離，以免影響住宅小區(qū)的常規(guī)用電量，應(yīng)充分利用既有配電設(shè)施進(jìn)行設(shè)計，若負(fù)荷容量超出需求范圍，可通過增容改造的方式予以解決。目前，我國并未出臺相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定充電設(shè)施的配電方式，電氣設(shè)計實踐中，應(yīng)充分考慮容量大小、負(fù)荷分布、管理需求等因素，結(jié)合實際工況制訂可行的實施方案。容量方面，當(dāng)其總量較大且相對集中布置時，要設(shè)計單獨(dú)的變壓器，總量不大則可由變電所專線供電，并設(shè)計總箱或干線，容量偏小時則可由區(qū)域總箱配出單獨(dú)回路供電。此過程中，為方便計量和物業(yè)管理，按照供電局的指示要求，當(dāng)不準(zhǔn)許從專用變壓器引出獨(dú)立回路時，則應(yīng)增設(shè)專用變壓器或配電房，并嚴(yán)格按照《低壓配電設(shè)計規(guī)范》，在供電線纜的進(jìn)線端設(shè)計漏電保護(hù)裝置，在充電設(shè)施的進(jìn)線端設(shè)計防雷器，搭配微斷配置操作機(jī)構(gòu)，使之具有負(fù)荷分?jǐn)嗄芰瓦^流保護(hù)能力。若電價不同時，則需按照要求加裝二級表。此外，由于電動汽車充電設(shè)施處于非線性負(fù)載狀態(tài)，實際運(yùn)行會伴隨產(chǎn)生一定的諧波，故根據(jù)《電網(wǎng)質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》要求，設(shè)計要符合0.38 kV電壓總諧波畸變率低于5%的規(guī)定。

2.3 負(fù)荷計算

根據(jù)《共配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，中斷供電將在經(jīng)濟(jì)上造成較大損失，充電設(shè)施應(yīng)按不低于二級負(fù)荷供電進(jìn)行設(shè)計，其余場所可按三級負(fù)荷供電。從實際情況來看，無論住宅小區(qū)規(guī)模如何，充電設(shè)施對供電可靠性的要求與住戶用電負(fù)荷要求一致，即中斷供電，該場所電動汽車充電設(shè)施可按三級負(fù)荷供電。負(fù)荷容量計算方式上，由于住宅小區(qū)地下車庫電動汽車充電設(shè)施均為物業(yè)統(tǒng)一配置安裝，選用了相同型號，即單相7 kW交流充電樁。根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)，可按照充電樁需要系數(shù)、計算數(shù)量及單臺充電樁輸出功率數(shù)值相乘并除以充電樁工作效率的公式，得出充電樁的總計算容量。此過程中，充電樁的工作效率一般選用0.9為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值。其中，充電樁需要系數(shù)是唯一的不確定，因而，它是住宅小區(qū)電動汽車充電設(shè)備負(fù)荷計算的關(guān)鍵。從當(dāng)前汽車工業(yè)水平來看，多數(shù)電動汽車的續(xù)航里程為150～300 km，如果每天通勤里程為30～40 km，考慮天氣、路況、計算誤差、駕駛習(xí)慣等因素，電動汽車的充電時間間隔大概為3 d。據(jù)相關(guān)測算結(jié)果顯示，電動汽車充電時的實際功耗并未達(dá)到7 kW，可進(jìn)一步降低充電樁的需要系數(shù)。由此，可算得如下參考數(shù)值：

表1 充電樁數(shù)量與充電樁需要系數(shù)參考數(shù)值Tab.1 Reference value of the number of charging piles and the need coefficient of charging piles

2.4 線路敷設(shè)

線路敷設(shè)作為住宅小區(qū)電動汽車充電設(shè)施電氣設(shè)計不可或缺的一環(huán)，應(yīng)結(jié)合充電設(shè)施位置采取相應(yīng)的解決方案。當(dāng)電動汽車充電設(shè)施處于住宅小區(qū)室外停車場時，應(yīng)在合理位置預(yù)留戶外配電箱，并由此分流到各個充電設(shè)備上。如果選擇落地式充電樁，還需注意其與充電位邊緣凈距離不得低于0.4 m，但也不可過度遠(yuǎn)離，應(yīng)滿足使用便利性和安全性要求。當(dāng)電動汽車充電設(shè)施位于住宅小區(qū)地庫時，則建議選擇放射式或樹干式的配電方案，注意明確敷設(shè)線路路由，或采取預(yù)留專用電纜橋架的方式，為后續(xù)物業(yè)和電力公司施工提供便利。針對準(zhǔn)許電動汽車不指定地下車庫區(qū)域的全覆蓋項目，則應(yīng)采取插接式母線槽系統(tǒng)，線槽直身段標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計密集插接口，雙面靈活設(shè)計插口，以有效解決用戶變更或增加充電樁位置的電源供應(yīng)問題。若線纜敷設(shè)不規(guī)范，極有可能發(fā)生碰撞風(fēng)險，誘發(fā)短路電弧火災(zāi)事故。根據(jù)《汽車庫、修車庫、停車場設(shè)計防火規(guī)范》，要嚴(yán)格執(zhí)行國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范住宅小區(qū)電動汽車充電設(shè)施安裝行為，通過電氣設(shè)計優(yōu)化，采用合理的開關(guān)線纜和剩余電流動作斷路器，同時與電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)有效防控。