某廠區電動汽車充電樁配電設計

黃曉吉

(福建省機電建筑設計研究院 福建福州 350001)

0 引言

在能源危機、環境污染的戰略機遇下，全球電動汽車重點區域制定了政策，比如美國零排放積分交易政策是較為成功的市場化引導獎勵機制；日本通過各方機制的協調聯動對電動汽車產業進行了全社會的激勵支持，使得日本的政策和市場銜接較好；歐洲各國的市場化引導主要靠減排計劃倒逼市場，都加速了電動汽車的推廣和應用。綜上，都為中國電動汽車政策的制定和完善提供借鑒和啟示，我國電動汽車產業呈現高速發展態勢，因此，充電基礎設施的建設已隨之成為我國電動汽車產業發展中不得不面對的重要課題。

基此，為配套支撐電動汽車充電需要,加快新能源汽車推廣應用,響應福建省政府《關于加快全省新能源汽車推廣應用促進產業發展的實施意見》，筆者根據福建省電動汽車充電基礎設施建設技術規程，結合實例，探討電動汽車充電樁配電設計。

1 工業建筑配置的充電裝置選擇

電動汽車充電樁，通過充電樁的輸入端與交流電網直接連接，輸出端都裝有充電插頭，以此來用于電動汽車充電。電動汽車充電樁，可以根據不同的電壓等級為各種型號的電動汽車充電。

充電樁按類型來說，有交流充電樁和直流充電樁。交流樁輸出單相或者三相交流電通過車載充電機轉換成直流電給車載電池充電，功率一般較小(有7kW、22kW、40kW等功率)，交流充電樁本身是不具備充電功能的，單純提供電力輸出，需要通過連接電動汽車車載充電機，才能為電動汽車電池充電。因為電動汽車的車載充電機功率一般較小，交流充電樁不可以實現快速充電。

直流充電樁(或稱非車載充電機)則是直接輸出直流電給車載電池進行充電，功率較大(有60kW、120kW、200kW甚至更高)，直流充電樁是可以直接為電動汽車的電池充電，通常會采用三相四線制或三相三線制供電。由于輸出的電壓和電流可調范圍大，所以直流充電樁快速充電是可行的。

直流充電樁由整流柜和直流充電樁組成，其中直流充電樁輸出的電壓一般為DC400V，可直接為電動車電池充電。而交流充電樁輸出的是AC200V，充電是由充電樁為電動汽車車載充電機供電進行。 電動汽車直流充電樁比交流充電樁更快。一般來說，直流充電樁體型比較粗獷(由于內部有一定數量的AC-DC電源模塊，功率越高，模塊數量越多，樁體越大)，交流充電樁較小。另外，直流充電樁是9線插頭，而交流充電樁是7線插頭。

2 電動汽車充電樁配電設計案例

2.1 項目概況

該項目為福建省某市一個工業廠區，該廠區規劃要求的停車位數量為92輛。根據《福建省電動汽車充電基礎設施建設技術規程》要求，工業建筑中配建電動汽車充電停車位數量宜按辦公建筑配建指標的要求[1]，根據各類民用建筑電動汽車充電停車位配建指標不應小于表1的規定。

計算出的電動汽車充電停車位總數，尾數不足 1個的按 1 個計算。故，該廠區應配建的電動汽車充電停車位配置數量為19個，快充停車位配置數量為2個(快充停車位設置在地面)。

表1 電動汽車充電停車位配建指標

2.2 充電設施用電負荷等級

根據現行國家規范GB 50052《供配電系統設計規范》的規定，中斷供電會在經濟上造成較大損失，或對公共交通、社會秩序造成較大影響的充電設施，應按二級負荷供電；其余，可按三級負荷供電[2]。該項目可按三級負荷供電。電動汽車充電樁低壓供電宜采用專用線路，低壓配電設備及線路的保護應滿足現行國家規范GB50054《低壓配電設計規范》的相關規定。

2.3 充電設備負荷

充電樁公用變壓器容量公式一(該公式取自國家標準圖集《充電汽車充電基礎設施設計與安裝編制技術資料》)。

SΣ=Kt×Kx×Cn×(Kn×Pn+Km×Pm)/(η×cosФ)；

SΣ變壓器總裝置容量(kVA)；

η變壓器負載率，取0.7～0.8；

cosФ抵償后功率因數，取0.95；

Pn交換充電樁(慢充)裝置功率，取7kW；

Pm直流充電樁(快充)裝置功率，取60kW作為基數(一般有30kW、45kW、60kW、75kW、90kW、105kW、120kW)；

Kn慢充泊車位設置數目比例系數(即，實踐慢充泊車位數目/小區計劃泊車位數目)，近期系數取0.20，遠期系數取0.45；

Km快充泊車位設置數目比例系數(即，實踐快充泊車位數目/小區計劃泊車位數目)，近期系數取0.02，遠期系數取0.045；

Kx充電樁需求系數，充電樁數目(慢充+快充)5～10個，取0.75～0.85；10～50個，取0.55～0.65；50個以上，取0.4～0.45；

Kt充電樁同時利用系數，充電樁數目(慢充+快充)5～50個，取0.85～0.90；50個以上，取0.6～0.7。

Cn小區計劃泊車位數目。

依此，該工業廠區充電樁公用變壓器容量 ，共設置泊車位92個。該工程為工業建筑，應業主特殊需求，配建泊車位100%預留充電裝備建立裝置，同一設想預留充電樁公用變壓器、配電裝備及管線通道。

現選用公式一計較充電樁公用變壓器容量，根據近期計劃時變壓器容量計較：

SΣ=Kt×Kx×Cn×(Kn××Pn+Km×Pm)/(η×cosФ)

=0.85×0.75×92×(0.2×7+0.02×60)/0.8×0.95

=59×(1.4+1.2)/0.76=153.4/0.76=201kVA

近期計劃接納1臺250kVA變壓器。

根據遠期計劃時變壓器容量計較：

SΣ=Kt×Kx×Cn×(Kn×Pn+Km×Pm)/(η×cosФ)

=0.85×0.55×92×(0.45×7+0.045×60)/0.8×0.95

=43×(3.15+2.7)/0.76=331kVA

遠期計劃接納1臺400kVA變壓器。

另外，充電樁公用變壓器容量也可以按照公式二[3]:

單臺充電設備輸出容量為：P=Un×I；

單臺充電設備輸入容量為：S=P/ηcosФ

式中：P單臺充電設備的輸出功率；

Un充電電壓；

I充電電流；

S單臺充電設備的輸入容量；

η充電設備效率，取0.9；

cosФ充電設備功率因數，取0.9；

充電站內充電設備輸入總容量為：

SΣ=K(S1+S2+S3……Sn)

SΣ充電設備的輸入總容量；

居民用藥風險“知識-態度-行為”調查及影響因素研究…………………………………………………… 張佳穎等（11）：1445

S1～Sn各臺充電設備的輸出功率；

K充電設備同時事情系數，取0.8。

根據《福建省電動汽車充電基礎設施建設技術規程》采用群體充電設施，具有負荷調度功能，可以進行充電排序的，同時系數可按表2取值。

表2 同時系數(K)推薦值

注：表中充電樁數是按單相所接交流充電樁數量計；若為三相交流充電樁，應換算成按單相數量累加計。

3 設置技術要求

首先，一個電動汽車停車位設置一個充電接口；充電設施的布置接近供電電源；低壓配電柜與充電設備、末端充電設備與充電停車位之間宜靠近布置；充電設備宜靠墻或柱布置，當無墻或柱時可布置在相鄰車位之間；充電停車位應設置停車車擋。

(1)充電設備安裝在車側且不妨礙車門開啟時，充電設備外廓(含防撞設施) 距電動汽車凈距不應小于 0.4m；妨礙車門開啟時，充電設備外廓(含防撞設施) 距電動汽車凈距不應小于 0.6m；

(2)充電設備安裝在車位尾端時，充電設備外廓(含防撞設施)距電動汽車凈距不宜小于 0.4m[4]；充電設備布置示意圖如圖1～圖2所示。

圖1單樁單車充電設備布置圖2單樁多車充電設備布置

再次，非車載充電機應有主動防護功能，輸出側應具備過壓、欠壓保護，具備輸出過電流和短路保護，并有警告提示。如果建筑物本身設有電氣火災監控系統，充電設備的配電系統也需設電氣火災監控裝置；當建筑物沒有設置電氣火災監控系統時，應設置防止電氣火災的剩余電流保護，動作電流宜在300mA～500mA。另外向末端充電設備供電的配電回路應具有短路、過載保護和剩余電流保護功能，其剩余電流保護額定動作電流不應大于 30mA。

最后，室內安裝充電樁的防護等級需滿足不應低于 IP32，充電設施也不宜設在有爆炸危險場所的正上方、正下方；不宜設在有劇烈振動或高溫的場所；不宜設在多塵、水霧或有腐蝕性氣體的場所；不宜設在浴室或其它經常積水場所的正下方。

4 計量

交流充電樁和中、小型充換電站的網供計量可采用低壓計量。該廠區項目交流充電樁的計量按“一樁一表”配置交流電能表，交流電能表安裝在充電樁內部或集中安放。電能表采用集中布置時，使用電能計量表箱或布置在充電總控制箱內。充電樁如果具備多個可以同時充電的接口時，每個接口應當單獨配電。