住宅小區電動汽車充電設施的電氣設計

鄔 爽

(沈陽化工大學 科亞學院，沈陽 110000)

1 發展背景

節能減排已成時代主題，新能源汽車應運而生，得到了國家的大力扶持，車輛保有量不斷增加。據國際能源署分析結果顯示，在強有力的政策支持和電池成本快速下降的雙重驅動下，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，銷售數量不斷增長，爆發出了強勁的發展態勢。與之相對的是充電設施緊張，限制了電動汽車消費。國務院印發了《節能與新能源汽車產業發展規劃》，各地政府積極響應。《上海市電動汽車充電設施建設管理暫行規定》要求，新建住宅小區應按照不低于總停車位10%的比例預留充電設施安裝條件；廣東省《關于加快新能源汽車推廣應用的實施意見》要求，新建住宅停車位必須全部建設充電設施或預留安裝充電設施接口等。電氣設計作為住宅小區電動汽車充電設施配備的關鍵，應考慮安全、便捷等服務需求。

2 住宅小區電動汽車充電設施的電氣設計方案

2.1 平面布置

近年來，隨著電動汽車行業的興起，加之國家政策扶持，逐漸被消費者接受和認可，作為其重要的動力能源，充電需求與日倍增。在科技創新的驅動下，市面上出現了多種充電樁，產品參數及安裝方式也有所不同，對此，應采用差異化的電氣設計方案。具體實踐過程中，設計師要注重做好與建筑專業人員的溝通工作，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施的安裝空間需求，優先選擇靠近墻體或柱子的位置，設計壁掛式充電樁，或在兩排背靠背垂直后退停車位置設計落地式充電樁，預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。由于電動汽車結構的特殊性，隨著行駛里程的增加，其電池性能會有所衰減，可能會出現漏電現象，且充電過程基本處于無人看守狀態，出于安全需求考量，在住宅小區電動汽車充電設施的電氣設計實踐中，需注意與監控系統、消防系統的關聯，預留相應的設備安裝端口，實時掌握停車場動態，最大限度地避免出現安全問題，降低風險概率，努力為住戶提供安全、便捷、舒適的生活環境。

2.2 配電系統

在經由所屬地區政府審批供電方案之后，住宅小區電動汽車充電設施的電氣設計應與公共電力容量相分離，以免影響住宅小區的常規用電量，應充分利用既有配電設施進行設計，若負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，我國并未出臺相關標準規定充電設施的配電方式，電氣設計實踐中，應充分考慮容量大小、負荷分布、管理需求等因素，結合實際工況制訂可行的實施方案。容量方面，當其總量較大且相對集中布置時，要設計單獨的變壓器，總量不大則可由變電所專線供電，并設計總箱或干線，容量偏小時則可由區域總箱配出單獨回路供電。此過程中，為方便計量和物業管理，按照供電局的指示要求，當不準許從專用變壓器引出獨立回路時，則應增設專用變壓器或配電房，并嚴格按照《低壓配電設計規范》，在供電線纜的進線端設計漏電保護裝置，在充電設施的進線端設計防雷器，搭配微斷配置操作機構，使之具有負荷分斷能力和過流保護能力。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施處于非線性負載狀態，實際運行會伴隨產生一定的諧波，故根據《電網質量公用電網諧波》要求，設計要符合0.38 kV電壓總諧波畸變率低于5%的規定。

2.3 負荷計算

根據《共配電系統設計規范》相關標準要求，中斷供電將在經濟上造成較大損失，充電設施應按不低于二級負荷供電進行設計，其余場所可按三級負荷供電。從實際情況來看，無論住宅小區規模如何，充電設施對供電可靠性的要求與住戶用電負荷要求一致，即中斷供電，該場所電動汽車充電設施可按三級負荷供電。負荷容量計算方式上，由于住宅小區地下車庫電動汽車充電設施均為物業統一配置安裝，選用了相同型號，即單相7 kW交流充電樁。根據上述標準，可按照充電樁需要系數、計算數量及單臺充電樁輸出功率數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為標準數值。其中，充電樁需要系數是唯一的不確定，因而，它是住宅小區電動汽車充電設備負荷計算的關鍵。從當前汽車工業水平來看，多數電動汽車的續航里程為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、駕駛習慣等因素，電動汽車的充電時間間隔大概為3 d。據相關測算結果顯示，電動汽車充電時的實際功耗并未達到7 kW，可進一步降低充電樁的需要系數。由此，可算得如下參考數值：

表1 充電樁數量與充電樁需要系數參考數值Tab.1 Reference value of the number of charging piles and the need coefficient of charging piles

2.4 線路敷設

線路敷設作為住宅小區電動汽車充電設施電氣設計不可或缺的一環，應結合充電設施位置采取相應的解決方案。當電動汽車充電設施處于住宅小區室外停車場時，應在合理位置預留戶外配電箱，并由此分流到各個充電設備上。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，但也不可過度遠離，應滿足使用便利性和安全性要求。當電動汽車充電設施位于住宅小區地庫時，則建議選擇放射式或樹干式的配電方案，注意明確敷設線路路由，或采取預留專用電纜橋架的方式，為后續物業和電力公司施工提供便利。針對準許電動汽車不指定地下車庫區域的全覆蓋項目，則應采取插接式母線槽系統，線槽直身段標準化設計密集插接口，雙面靈活設計插口，以有效解決用戶變更或增加充電樁位置的電源供應問題。若線纜敷設不規范，極有可能發生碰撞風險，誘發短路電弧火災事故。根據《汽車庫、修車庫、停車場設計防火規范》，要嚴格執行國家相關標準，規范住宅小區電動汽車充電設施安裝行為，通過電氣設計優化，采用合理的開關線纜和剩余電流動作斷路器，同時與電氣火災監控系統關聯，實現有效防控。