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淺談限流式保護(hù)器在住宅建筑電動汽車充電樁線路中的應(yīng)用

發(fā)布時間: 2021-07-06  點(diǎn)擊次數(shù): 521次
孟洋
安科瑞電氣股份有限公司,上海 嘉定 201801;
【摘要】文章主要介紹家用電動汽車的發(fā)展情況,以及充電樁的配置需求。對目前充電樁的配置條件進(jìn)行分析,以適應(yīng)未來電動汽車的發(fā)展。根據(jù)電動汽車充電樁的電氣設(shè)計中國家及地方的相關(guān)規(guī)范要求,對充電樁的設(shè)計原則、配電、照明、通信計量以及接地安全等內(nèi)容進(jìn)行分析、探討。
【關(guān)鍵詞】電動汽車充電樁;配電;住宅建筑;電氣防火;短路
0、前言
       根據(jù)中國電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展年度報告(2Ol6—2017),截至2Ol6年底,我國電動汽車保有量近百萬輛,位居世界。發(fā)展電動汽車已經(jīng)作為國家戰(zhàn)略,中央政府推出了一系列促進(jìn)車輛、基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展政策。2Ol7年我國公共類充電樁保有璧將達(dá)到3O萬個,實現(xiàn)倍增。有安裝條件的住宅類充電設(shè)施的配建率將達(dá)到8O%以上。在電動汽車產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展的帶動下,充電基礎(chǔ)設(shè)施的投入與建設(shè)也加快了腳步,住宅建筑應(yīng)配置足夠的電動汽車充電樁,才能滿足電動汽車用戶的出行需求。
1、國家及地方規(guī)定
(1)國家住房城鄉(xiāng)建設(shè)部關(guān)于加強(qiáng)城市電動汽車充電設(shè)施規(guī)劃建設(shè)工作的通知(建規(guī)[2Ol51199號),要求“新建住宅配建停車位應(yīng)1oo%預(yù)留充電設(shè)施建設(shè)安裝條件,新建的大于2萬平方米的商場、賓館、醫(yī)院、辦公樓等大型公共建筑配建停車場和社會公共停車場,其有充電設(shè)施的停車位應(yīng)不少于總停車位的1O%”
(2)廣東省發(fā)展改革委關(guān)于印發(fā)《廣東省電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃(2Ol6-2020年)》的通知規(guī)定,新建住宅小區(qū)停車位建設(shè)或預(yù)留安裝充電設(shè)施接口的比例應(yīng)達(dá)到1OO%。
(3)深圳市規(guī)劃國土委關(guān)于《深圳市城市規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)與準(zhǔn)則》條文6.4_2l5條內(nèi)容修訂為“鼓勵配建停車場設(shè)置充電樁,新建停車場應(yīng)預(yù)留設(shè)置充電樁的條件。在新能源汽車推廣期間,住宅類項目停車位充電樁比例不低于2O%,商業(yè)、工業(yè)類項目停車位充電樁配置比例不低于1O%,公共設(shè)施類項目停車位充電樁配置比例不低于2O%,公共停車場充電樁配置比例不低于1O%。”
2、充電樁類型
(1)充電樁按電流形式可以分為交流充電樁、直流充電樁、交/直流~體式充電樁。交流充電樁一般用于小型電動汽車等慢充設(shè)備,直流充電樁一般用于大型電動汽車等的快充設(shè)備。
(2)充電設(shè)備按安裝方式可分為落地式和壁掛式等類型。按防護(hù)方式分為戶內(nèi)型和戶外型。
(3)住宅建筑的充電樁一般設(shè)置于地下室車庫,當(dāng)車位靠墻時可采用壁掛式充電樁,電動汽車充電時不應(yīng)妨礙區(qū)域內(nèi)其它車輛的充電與通行。室外設(shè)置的充電樁應(yīng)采用獨(dú)立落地式,并設(shè)置安全的防護(hù)結(jié)構(gòu)。
3、配電及照明
(1)根據(jù)充電樁生產(chǎn)商提供資料及市場調(diào)查情況,目前大部分家用電動汽車采用交流充電樁,充電功率為3.3KW或7KW,功率3.3kW的充電樁充滿電時間約為15小時,功率7kW的充電樁充滿電B,lfa3約為7小時。
(2)容量3kW以上的充電樁應(yīng)采用放射式配電設(shè)計,控區(qū)域設(shè)置集中配電箱,向充電設(shè)備供電的斷路器宜具有過載及短路保護(hù)功能,且宜設(shè)置剩余漏電保護(hù)裝置。
(3)由于住宅建筑內(nèi)的充電樁一般是單相交流220V的,配電設(shè)計時應(yīng)按三相負(fù)荷平衡布置。充電樁的負(fù)荷相對比較大,應(yīng)計入變壓器總?cè)萘恐?,?fù)荷計算時根據(jù)充電樁數(shù)量選擇需要系數(shù)。
(4)對于已建的住宅小區(qū)增加設(shè)電樁時,應(yīng)對現(xiàn)有的變配電站過行容量校驗,對配電裝置進(jìn)行校核。當(dāng)不能滿足用電要求時,應(yīng)采取相應(yīng)的改造措施,如更換并增加變壓器容量,或增加專用變壓器等。
(5)充電樁直接片區(qū)或防火分區(qū)集中設(shè)置,配電線路可利用線槽集中敷設(shè)電線,線槽的走向及布局應(yīng)經(jīng)濟(jì)、合理并兼顧美觀要求。充電樁的電纜電線應(yīng)符合建筑等級要求,若充電設(shè)備建于類高層住宅的地下室時,應(yīng)采用低煙無鹵電纜電線。
(6)室內(nèi)停車場設(shè)置充電設(shè)備操作區(qū)域的照度標(biāo)準(zhǔn)值要求不應(yīng)低于100Ix,然而普通汽車庫要求的照度值僅為50Ix,照明設(shè)計時應(yīng)注意區(qū)別設(shè)計,對照度要求比較高的充電樁操作區(qū)域可以適當(dāng)增加燈具的功率或數(shù)量。
4、通信計量
(1)充電樁采用低壓計量,總配電房供充電設(shè)備的低壓出線回路處應(yīng)設(shè)置獨(dú)立計量??梢约葷M足當(dāng)時考核、計量要求,又能在新能源推廣政策中符合電費(fèi)優(yōu)惠條件時,享受電價補(bǔ)貼優(yōu)惠。
(2)充電樁的計量模塊應(yīng)包括電能表、計費(fèi)管理系統(tǒng)、計費(fèi)讀寫裝置等,充電樁設(shè)備計費(fèi)管理宜納入至小區(qū)的物業(yè)管理系統(tǒng),方便統(tǒng)一管理。
(3)計量表宜與充電樁一體化,并采用有復(fù)費(fèi)率計量功能的儀表,可以有效的實現(xiàn)分段計費(fèi)、分時計費(fèi),優(yōu)化用電效率,采用不同時段的電價分開計費(fèi)。其配置應(yīng)符合《電表計量裝置技術(shù)管理規(guī)程》要求。
(4)茌電動汽車充滿電后,充電設(shè)備應(yīng)自動斷電,并發(fā)出停止充電指令及警報裝置,充電樁獲得停止充電的指令后,充電槍才能取下。
(5)充電樁直建立充電監(jiān)控系統(tǒng),充電樁的基本信息(功率、充電電表、故障等)可能通過專用通信網(wǎng)上傳至該系統(tǒng)中,及時了解充電樁運(yùn)行情況。
(6)充電樁現(xiàn)場應(yīng)設(shè)置視頻監(jiān)控設(shè)備,接入小區(qū)視頻安防監(jiān)控系統(tǒng),實時記錄充電樁現(xiàn)場情況,防止意外情況發(fā)生。
5、防蓄接地安全
(1)充電樁的工作接地、保護(hù)接地直與建筑物防雷等接地共用接地裝置,接地電阻要求不大于4歐姆。
(2)充電設(shè)備的金屬外殼、支架、底座等金屬構(gòu)件均應(yīng)與建筑物基礎(chǔ)接地可靠連接。
(3)對于建在居民區(qū)內(nèi)的室外充電樁,應(yīng)設(shè)置直擊雷防護(hù)裝置,可設(shè)置在高大的建筑物或構(gòu)筑物附近,利用建筑物的防雷裝置更好地保護(hù)充電樁。當(dāng)條件不具備或不滿足時,應(yīng)采取其它防直擊雷措施,比如將充電樁設(shè)置放置在有金屬骨架的雨棚內(nèi)或設(shè)置接閃針防雷裝置。
(4)充電樁配電箱應(yīng)設(shè)黃SPD電涌保護(hù)器,根據(jù)防雷設(shè)計規(guī)范要求,住宅建筑室內(nèi)充電樁配電箱選擇第II類試驗的SPD電涌保護(hù)器,室外充電樁配電箱選擇第I類試驗的SPD電涌保護(hù)器。
(5)設(shè)置在室外的充電樁及其配電箱,防護(hù)等級要求必須達(dá)到IP54以上,有條件時宜設(shè)置防雨罩或雨棚等措施。
6、安科瑞限流式保護(hù)器的介紹與選型
6.1限流式保護(hù)器的設(shè)計
       電氣防火限流式保護(hù)器可有效克服傳統(tǒng)斷路器、空氣開關(guān)和監(jiān)控設(shè)備存在的短路電流大、切斷短路電流時間長、短路時產(chǎn)生的電弧火花大,以及使用壽命短等當(dāng)弊端,發(fā)生短路故障時,能以微秒級速度快速限制短路電流以實現(xiàn)滅弧保護(hù),從而能顯著減少電氣火災(zāi)事故,保障使用場所人員和財產(chǎn)的安全。
       安科瑞ASCP200-1電氣防火限流式保護(hù)器的主要元件是固態(tài)開關(guān),不同于傳統(tǒng)家用的空氣開關(guān)(微斷)。我們知道,傳統(tǒng)空氣開關(guān)的斷開是一種機(jī)械運(yùn)動過程,分?jǐn)鄷r間需要幾十毫秒(一般30~50ms),帶負(fù)載斷開時通常伴隨有電弧的產(chǎn)生。而固態(tài)開關(guān)的斷開則是依靠半導(dǎo)體內(nèi)部的載流子運(yùn)動實現(xiàn),分?jǐn)鄷r間微秒級,速度快,無電弧產(chǎn)生。
       如圖1所示,當(dāng)發(fā)生短路故障時,傳統(tǒng)空氣開關(guān)在電流升至C點(diǎn)時才能動作,且無法瞬時切斷電流,而固態(tài)開關(guān)則可以在電流升至B點(diǎn)時即瞬間切斷短路電流。
圖1短路故障前后電流與時間關(guān)系圖
       從流過電阻的電流熱量公式Q=I2Rt,可以很容易看出,傳統(tǒng)空氣開關(guān)與固態(tài)開關(guān)在短路時所釋放的能量差別可以達(dá)到數(shù)千倍之多。因此當(dāng)裝配限流式保護(hù)器的回路發(fā)生短路故障時,就可以避免電弧的產(chǎn)生,從而有效降低了電氣火災(zāi)。
6.2 ASCP200-1功能特點(diǎn)
ASCP200-1型電氣防火限流式保護(hù)器是單相限流式保護(hù)器,較大額定電流為63A。主要功能如下:
A)短路保護(hù)功能,線路發(fā)生短路故障時,能在150微秒內(nèi)實現(xiàn)快速限流保護(hù);
B)過載保護(hù)功能,線路持續(xù)過載時,保護(hù)器限流保護(hù);
C)表內(nèi)超溫保護(hù)功能,保護(hù)器內(nèi)部器件工作溫度過高時,保護(hù)器限流保護(hù);
D)過/欠壓保護(hù)功能,線路欠壓或過壓時,保護(hù)器告警或限流保護(hù)(可設(shè));
E)電纜溫度監(jiān)測功能,被測線纜溫度超過報警設(shè)定值時,保護(hù)器告警或限流保護(hù)(可設(shè));
F)漏電流監(jiān)測功能,線路漏電超過報警設(shè)定值時,保護(hù)器告警或限流保護(hù)(可設(shè));
G)通訊功能,保護(hù)器配置1路RS485接口,1路2G無線通訊,可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到安科瑞Acrel-6000安全云平臺,或第三方監(jiān)控軟件或平臺,從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。
6.3 ASCP200-1技術(shù)參數(shù)
6.4應(yīng)用方案圖示
        ASCP200-1型電氣防火限流式保護(hù)器建議安裝在入戶開關(guān)下端,額定電流值根據(jù)入戶開關(guān)的具體規(guī)格進(jìn)行設(shè)置,典型應(yīng)用示意圖如圖2所示:
圖2 ASCP200-1家用防火解決方案安裝示意圖
6.5使用注意事項
        在選用限流式保護(hù)器時,限流式保護(hù)器的設(shè)定的額定電流應(yīng)該與其前上級的斷路器的額定電流保持一致。例如,當(dāng)限流式保護(hù)器輸入端斷路器的額定電流為32A時,應(yīng)將限流式保護(hù)器的額定電流設(shè)置為32A。為保障限流式保護(hù)器的正常使用,嚴(yán)禁將其使用于與其前端斷路器的額定電流不匹配的配電線路中。
ASCP200系列采用限流式保護(hù)器采用壁掛式安裝,可以掛墻安裝,也可以安裝在箱體內(nèi),應(yīng)確保安裝場所無滴水、腐蝕性化學(xué)氣體和沉淀物質(zhì),并注意環(huán)境溫度和通風(fēng)散熱。
       為確??煽窟B接,接線時應(yīng)按接線圖進(jìn)行,同時為了防止接頭處接觸電阻過大而導(dǎo)致局部過熱,也避免因接觸不良而導(dǎo)致保護(hù)器工作不正常,線頭應(yīng)采用合適大小的U形冷壓頭壓接后,再插入保護(hù)器相應(yīng)端子上并將螺釘擰緊壓實。
       保護(hù)器內(nèi)部帶有交流電,嚴(yán)禁非專業(yè)人士擅自打開產(chǎn)品外殼。保護(hù)器在使用期間,若被保護(hù)線路發(fā)生短路或過載故障而被限流保護(hù)時,保護(hù)器仍處于帶電狀態(tài),不允許隨意碰觸用電線路的金屬部分。待檢查線路,并排除故障后,長按保護(hù)器的復(fù)位按鍵約2秒鐘,使保護(hù)器恢復(fù)正常運(yùn)行時。
       當(dāng)保護(hù)器因超溫而發(fā)生限流保護(hù)時,則可能是因為負(fù)載電流過大,環(huán)境溫度過高或通風(fēng)散熱不良等原因?qū)е?,可通過加強(qiáng)通風(fēng)等措施,等保護(hù)器溫度降下來后,再長按復(fù)位鍵,使保護(hù)器復(fù)位,恢復(fù)正常運(yùn)行。  
7、結(jié)語
        汽車充電樁在新建的住宅小區(qū)已成為必須配套設(shè)施.電氣設(shè)計中應(yīng)合理安排充電樁及線槽等設(shè)備的布局、充分考慮安全配置要求,同時應(yīng)采用節(jié)能、環(huán)保等設(shè)備材料。為居民提供一個舒適、高效、安全的電動汽車條件,進(jìn)一步推動新能源汽車應(yīng)用與發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
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