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地下车库电动汽车充电桩电气设计实例分析

2021/1/16    来源:互联网    作者:蓝云  曾昊      
关键字:充电桩  地下车库  电气设计  负荷计算  
本文以某商业办公综合体地下车库的电动汽车充电桩配电设计为例,通过阐述包括挑选充电桩类型、确定配电方案、负荷计算、设置防雷接地等在内的设计要点,初步介绍了电动汽车充电桩配电系统的设计流程及需在设计过程中关注的一些问题。

0 引言

    在世界环境、能源问题日益尖锐的当下,作为战略性新兴产业,新能源已然成为当今社会最为热门的话题,伴随着工业技术的发展,混合能源汽车、电动汽车已在市场中占据了一定的份额。应其发展要求,不仅仅是改变驱动方式,也需要对能源基础设施、能源结构进行调整,新能源汽车充电基础设施的生产、制造、布设安装已成为当下热门的产业。多地建设主管部门要求停车场的车位数要按照一定比例安装新能源汽车充电设施,以满足新能源汽车的充电需求,促进电动汽车的推广应用。

1 对充电桩的功能需求及选型

    目前,充电装置一般划分为传导式充电和快速更换电池两类,考虑到更换电池成本较高、更换程序较为复杂,在常见的民用建筑内一般选择传导式充电装置。传导式充电桩的进线输入经由变压器配电总箱等与交流电网相连接,充电桩的末端通过自带充电插头为电动汽车提供充电服务,常见的安装方式为固定在地面或墙面。

    充电桩一般提供常规慢速充电和快速充电两种充电方式,即快速充电方式由直流充电桩提供,其将电网交流电能变换为直流电能,是为电动汽车动力蓄电池充电的专用充电装置,适用于公共充电站等需要快速充电的场所;而交流充电桩则俗称“慢充”,体积较小,可以方便安装于各种公共停车场,为具备车载充电机的电动汽车提供交流电能。充电桩安装在社区停车场、居民小区、大型商场、服务区、路边停车场等场所,并带有自助服务功能,其人机交互操作界面可显示充电时间、充电方式等服务信息,提供充电费用等服务凭据,用户只需使用专用充电卡就可完成充电桩对电动汽车的充电。

2 充电桩预留比例及配置方案

    为响应国务院办公厅发布的《关于加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见》文件要求,新建住宅小区已经全面开展电动汽车充电装置的建设与预留工作,商业建筑、办公建筑等社会公共停车场中10%以上的车位已安装了电动汽车的充电装置。

    本工程为商业办公综合用房,地上10层(1~3层商业开发用房,4~10层为办公楼)、地下2层(车库,共233个车位),商业办公合用,因此商业及办公人群的私人新能源汽车是电动汽车充电桩的主要需求群体,其配置应当尽可能地符合该人群需求的使用规律。根据现今电动汽车的使用情况以及办公、商业为主的人群对充电桩的习惯,本工程采用交流充电桩(慢充)和直流充电桩(快充)相结合的配置方案。根据地下车库的停车容量以及目前主流产品的技术规格及配置比例要求,本工程中分别选用了5台60kW的直流充电桩和25台10kW的交流充电桩,共计充电车位30个。

    本工程预留充电桩的停车位布置在室内车库中,采用分区域集中布置的方式。考虑充电桩安装空间,充电桩皆靠墙或柱布置,并远离排水沟、井及地漏等。交/直流充电桩布置示意图如图1~2所示。

交流充电桩布置示意图

图1 交流充电桩布置示意图

直流充电桩布置示意图

图2 直流充电桩布置示意图

3 供配电系统设计

    3.1 负荷计算

    单台充电桩输入负荷大小计算见式(1)。

公式

    式中,P为单台充电桩的输出功率;cosφ为充电桩功率因数,充电桩配电系统需安装有源滤波无功补偿装置,考虑其影响,cosφ可以取0.92;η为充电桩的工作效率,取0.9。

    车库充电桩总输入负荷大小计算见式(2)。

公式

    式中,K为充电桩同时系数,由充电桩数量决定,取值范围0.5~0.8,本项目取0.8。

    则本项目充电桩总计算负荷St=0.8×(5×(60/0.92×0.9)+25×(10/0.92×0.9))=300kVA。

    3.2 配电系统

    本工程是地下车库电动汽车充电桩的配电设计,充电桩被集中安放在地下一层同一防火分区内,根据GB 50966-2014《电动汽车充电站设计规范》中提出的要求,充电设备用电总负荷在100kW以下时,宜采用低压供电。故本工程设计1个交流充电桩配电柜和1个直流充电桩配电柜,由变电所低压配电柜供电,两路进线在充电桩配电总箱内实现切换。若充电桩分布在不同防火分区内,则应从变电所低压配电柜直接出线,引至地下车库各层各防火分区充电桩配电总箱。充电桩配电总箱出线末端均需要设置短路保护和剩余电流保护功能的低压断路器,保证充电桩末端的用电安全,某些省市充电桩配电规定中强制要求剩余电流保护额定动作电流为30mA,动作时间≤0.1s。交流充电桩配电箱的系统图如图3所示。

充电桩配电箱系统示意图

图3 充电桩配电箱系统示意图

    3.3 配电线路设计

    本工程选用WDZ-YJY无卤低烟阻燃铜芯交联聚乙烯绝缘聚乙烯护套电力电缆作为充电设施的配电线路,三相配电回路电缆中性线应与相线截面面积相等,选用4+1型电缆,线路总距离≤200m,所用电缆截面应满足电压降的要求。电缆公共敷设路径走金属线槽,末端支路配电线缆穿金属软管从金属线槽引至充电桩,以常见壁挂式充电桩为例,可采用下进线和两侧进线的方式进行安装。

    3.4 防雷接地

    电源接地系统应采用TN-S系统,充电站电气设备的工作接地、保护接地、防雷接地共用一套接地装置,接地装置的接地电阻≤1Ω,充电桩的保护接地端子进行可靠接地,为充电桩配电箱的PE线做重复接地,在充电桩配电箱预留安装位置处预留接地端子。

4 结束语

    车库充电设施的建设,为新能源汽车充电提供了便捷,同时推进了我国汽车能源结构的转变。地下停车库的充电桩电气设计应根据其主体建筑的使用功能确定,参考当地规范优化配电方案,并合理配置直流充电桩与交流充电桩的比例。设计中应当充分考虑充电桩的安全性,远离排水井地漏,加设短路保护和剩余电流保护,做好配电箱的重复接地。

责任编辑:程玥
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