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电动汽车充电桩供配电设计技术探讨

发表时间：2020/8/19 来源：《基层建设》2020年第10期作者：张廷峻

[导读] 摘要：随着国家对新能源的大力支持和发展，运用较广泛的电动汽车更是以日新月异的速度在全国范围内大力推广，与其配套使用的充电设施充电桩便发挥着重要作用。

        海南泓景建筑设计有限公司第十三设计所海南海口 570000
        摘要：随着国家对新能源的大力支持和发展，运用较广泛的电动汽车更是以日新月异的速度在全国范围内大力推广，与其配套使用的充电设施充电桩便发挥着重要作用。大力发展充电桩充电设施在未来是必然的趋势,建设规范的充电站，可使人们在今后的使用中既方便又安全。本文主要分析电动汽车充电桩供配电设计中的技术探讨。
        关键词:充电桩电动汽车;供配电设计
        引言
        电动汽车的推广是为了减少对传统不可再生能源的依赖。通过对充电桩供配电设计中的技术探讨，合理的供配电，建设规范的充电站，对进一步实现节能减排，对新能源技术的利用真正成为一个完整的产业系统有着重要意义。
        1、充电桩的类型
        1.1交流充电桩
        交流充电桩通常通过连接交流供电网提供交流电源为具有车载充电机的电动汽车充电。单相充电桩的最大额定功率为7千瓦，主要为小型汽车充电。
        1.2直流充电桩
        直流充电桩输入电压采用AC380V，频率50Hz,输出为可调直流电，直接为电动汽车的动力电池充电。
        2、充电桩供配电设计
        根据海南地方规定，居住类建筑按照配建停车位的100%建设或预留充电条件；办公类建筑按照不低于配建停车位的25%建设；商业类建筑及社会公共停车场、库（含P+R停车场）按照不低于配建停车位的20%建设；其他类公共建筑（如医院、学校、文体设施）按照不低于配建停车位的15%建设。又规定，当充电设备布置相对集中且总安装容量在 500KVA 及以上时，宜采用专用变压器。当充电设备分散布置，或总安装容量在 500KVA 以下时，可与建筑物其他负荷合用变压器，但充电设备应采用专用供电回路。例如，一个200个停车位的办公停车场，需设置200*20%=40个充电桩车位。根据《建筑物配建停车位充电设施建设标准》DBJ 46—41—2016中3.1.4表中的直流占比，需设置40*20%=8个直流充电桩。因而，本项目200个停车位，需设置32个交流充电桩，8个直流充电桩，32*7+8*30=464kW的充电桩电源预留量需要考虑。如果没有明确的规定，一般按交流7kW/桩，只需40*7=280kW的充电桩电源预留量，与上面相差184kW。无论是施工，还是开关电器电缆的选取，都是一个不可忽视的差异。
        充电设施应按三级负荷供电。例如该项目不具备单独设立专用变压器的条件，而与其他负荷共用，宜采用专用回路供电。如图1所示。

        图1充电桩供配电系统示意图
        既有停车位配建充电设施时，充电设施可由变电所采用 220V/380V 专用回路供电，但应复核变压器负载率。变压器负载率宜取 80%~85%，并满足用电高峰时负载率不超过 100%。
        3、负荷计算
        3.1 当充电设备采用交流充电方式时，如表2所示：
        表2交流充电桩用电负荷同时系数及系数推荐值

        说明：
        1表2是海南地方标准，表3.37是《建筑电气常用数据》19DX101-1。由表可见，两者之间区别很大。
        2 交流充电系统用电容量可按下式计算：

        式中        S——总用电容量（kVA）

        Kt——同时系数
        cosΦ——功率因数（取0.92）
        在地方规定：S=（3*11*7）*0.95/0.92=238.5kVA
        在数据手册：：S=（3*11*7）*0.38/0.92=95kVA
        5.2 当充电设备采用直流充电方式时，如直流充电桩用电负荷需要系数选择表：

        按《建筑电气常用数据》

        说明：
        2.1直流充电系统用电容量可按下式计算：

        式中        S——总用电容量（kVA）
                    n——直流充电桩的数量（个）
                    P——单个直流充电桩的输入功率（kW），当无具体参数时，可按30kW设计或预留。
        Kt——同时系数
        cosΦ——功率因数（取0.92）
        4.当配建充电设备同时具有非车载充电机和交流充电桩时，应分别计算用电负荷。
        在地方规定：S=8*30*0.9/0.92=234.8kVA
        在数据手册：S=8*30*0.6/0.92=156.5kVA
        很明显，我们设计充电桩供配电的时候还需有大量真实数据做依托，根据工程实际情况做出最后的取值。
        5.充电设备低压配电系统的接地型式一般采用 TN-S 系统。
        6.充电设备配电系统可采用放射式、树干式或相结合的供电方式。当交流充电桩采用树干式配电时，每个回路 T 接充电桩数量不应超过 21 个，容量不应超过 150kW，且每个分支回路应设断路器保护。分支回路断路器与上级断路器之间应具有选择性。
        7.充电设备配电线路应设置过负荷保护、短路保护。
        8.当向充电设备供电时，末端配电线路应设置 A 型或 B 型剩余电流动作保护器，其额定动作电流不大于 30mA，动作时间不大于0.1s。
        9.当充电设施与其他用电负荷合用变压器时，若功率因数达不到电力部门要求，应按相关规定采取无功补偿措施。
        4、线路敷设
        4.1 电缆路径应合理规划，电缆应固定敷设。户内电缆宜采用桥架敷设、穿管明敷、穿管暗敷等方式；户外电缆线路宜采用电缆沟、直埋或穿管埋地敷设方式。当采用桥架敷设方式时，充电设施低压配电线路宜设置专用桥架。
        4.2 电力电缆截面的选择应符合现行国家标准《电力工程电缆设计规范》GB 50217 的规定。
        4.3 电力电缆宜选用铜芯、铜包铝、铝合金导体，控制线路应采用铜芯导体。
        4.4 电力管线与其他管线之间的平行或交叉距离，应满足现行国家标准《电力工程电缆设计规范》GB 50217 的规定。
        4.5 电缆接入供电和用电设备时，不应对柜内端子或连接器产生额外应力。
        5、防雷接地
        5.1 充电设施的防雷、接地及等电位连接应符合现行国家标准《建筑物防雷设计规范》GB 50057 及《交流电气装置的接地设计规范》GB/T 50065 的相关要求。
        5.2 有集中监控系统的充电设施，接地电阻应不大于 1Ω；无集中监控系统的充电设施，接地电阻应不大于 4Ω。
        5.3 室外充电设施每个充电桩的上级配电箱应设浪涌保护器，浪涌保护器的设计应符合现行国家标准《建筑物防雷设计规范》GB 50057 和《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB 50343 的规定。
        6.总结
        虽然新能源的运用对我国资源的可持续发展有着重要意义，但充电桩要合理规范的进行推广和建设仍需要各相关企业和人员不断探究和细化。从设计的角度上讲，依然要实时更新新的标准与规范，进行合理的设计，不浪费资源，亦不过多投资，力求保证电动汽车充电桩的快速插充，安全可靠。
        参考文献
        [1]姜宁.民用建筑中电动汽车充电桩配电设计简析[J].现代建筑电气,2019,10(02):5-8.
        [2]曾国怀.新建住宅小区电动汽车充电桩配电设计探讨[J].福建建材,2019(02):29-30.