住宅小区充电桩电气设计探索

住宅小区充电桩电气设计探索

童晓丹

身份证： 44142219900714 ****

摘要: 结合《住宅城乡建设部关于加强城市电动汽车充电设施规划建设工作的通知》要求，对新建住宅停车位需要100%预留充电设施安装条件，超出2万平方米的办公建筑、商场、医院等相关公共建筑不得少于总停车位的10%。当前，新能源汽车不断增多，为响应国家政策，每个新建项目必须配套一定数量的充电桩，满足新能源汽车的充电需求。本文主要对住宅小区充电桩电气设计类型、方案进行探索。

关键词: 住宅小区; 电动汽车; 充电设施; 电气设计

前言

当前，国家大力提倡节能减排，电动汽车数量不断增多，依据国际能源的分析情况来看，在政策的扶持下，电池成本也得到相应下降，预计到2030年，纯电动汽车量会增加至2.2亿辆左右。相比之下，我国当前充电桩存在巨大缺口，对电动汽车的发展形成很大的制约作用。国家在发布相关的节能与新能源汽车产业发展规划，得到地方政府的大力支持及响应。不同的地区对充电桩的设置要求都有所不同，新建小区的每个停车位都要预留今后安装充电桩的条件，包括基础、预埋电缆、配电箱等所有配套设施，具体可以根据充电用户情况来决定充电桩的安装时间。作为住宅小区电动汽车充电设施的关键，电气设计应考虑安全、便捷的服务需求。

一、充电设备分类

新能源汽车的充电设备除电源外，还包含了电源的输入保护、监测及充电控制等功能，其充电设备主要分以下类型及适用场所（见表1）。

表１ 不同类型充电设备的特点及适用范围

二、住宅小区电动汽车充电设施的电气设计方案

（一）平面布置

近年来，随着汽车行业电器的兴起和国家政策的支持，它逐渐被消费者所接受和认可。作为其重要的动力能源，充电需求日益增加。在科技创新的推动下，市场上的充电桩种类繁多，产品参数和安装方式也各不相同。因此，应采用差异化的电气设计方案。在具体实践过程中，设计师应注意与施工专业人员的沟通，在不影响车位划分的情况下选择最佳的充电设施，以提高土地资源的利用率。如果要充分考虑电动汽车充电设施的安装空间要求，优先考虑靠近墙体或立柱的位置，设计壁挂式充电桩，或在两排背靠背垂直倒车停车位置设计地板安装充电桩，预留足够的可操作空间，尽量不干扰其他车辆通行，有效保证停车场的安全。由于电动汽车结构的特殊性，随着行驶里程的增加，其电池性能会下降，可能发生漏电，充电过程基本无人值守。出于安全考虑，在居住区电动汽车充电设施的电气设计实践中，应注意与监控系统和消防系统的关系，预留相应的设备安装端口，实时掌握停车场动态，最大限度地避免安全问题，降低风险概率，努力为居民提供安全、便捷、舒适式的生活环境。

（二）配电系统

供电方案经地区政府批准后，居民区电动汽车充电设施的电气设计应与公共用电容量分开，避免影响居民区常规用电。应充分利用现有配电设施进行设计。若负荷能力超过要求范围，可通过扩容改造解决。目前，我国还没有出台相关标准来规范充电设施的配电方式。在电气设计实践中，应充分考虑容量、负荷分配和管理需求等因素，结合实际工作情况制定切实可行的实施方案。就容量而言，当总量较大且相对集中时，应设计单独的变压器。若总量较小，可由变电所专线供电，并设计主箱或干线。如果容量较小，可通过区域主箱的单独电路供电。在此过程中，为了便于测量和物业管理，根据供电局的指示和要求，当不允许从专用变压器引出独立回路时，应增加一个专用变压器或配电室，严格按照《低压配电设计规范》的规定，在电源电缆的进线端设计漏电保护装置，在充电设施的进线端设计避雷器，让其在发生负载或过电流时产生保护能力。如果电价不同，应根据需要增加二次电表。此外，在谐波方面需要符合0.38kV总谐波畸变率电压小于5%的规定。国家发布的《电动汽车分散充电设施技术规范》中明确提出，在住宅用地、单位配建充电设施应以交流充电方式，其它公共建筑停车位充电以直流充电方式为主，交流充电方式为辅的形式进行配建。

（三）负荷计算

根据《共配电系统设计规范》中相关标准的要求，停电将造成巨大的经济损失的建筑，充电设施按不低于二级负荷供电设计；其他场所可采用三级负荷供电。从实际情况来看，无论小区规模大小，充电设施对供电可靠性的要求与家庭用电负荷要求一致，即供电中断，所在地电动汽车充电设施可按三级负荷供电。在负荷能力计算方法上，由于小区地下车库内的电动汽车充电设施由物业统一配置安装，住宅充电车位慢充选用交流充电桩 （AC220V/32A/7kW），地方有不同要求的按其要求执行。根据上述标准，将充电桩的需要系数、补偿后的功率因数（一般取值0.9~0.95）、计算数量和单个充电桩的输出功率乘以充电桩的工作效率，即可得出充电桩的总计算容量。在这个过程中，一般选择0.9作为充电桩工作效率的标准值。其中，充电桩的需求系数是唯一的不确定性。因此，对居住区电动汽车充电设备的负荷计算是关键。从目前的汽车工业水平来看，大多数电动汽车的范围是150~300km。如果每天通勤里程为30~40km，考虑到天气、路况、计算误差、驾驶习惯等因素，电动汽车的充电时间间隔约为3天。根据相关计算结果，电动汽车充电过程中的实际耗电量未达到7%，这将进一步降低充电桩的需求系数。因此，可以计算以下参考值：

表 2 充电桩数量与充电桩需要系数参考数值

（四）线路敷设

作为住宅区电动汽车充电设施电气设计中不可缺少的一部分，线路敷设应结合充电设施的位置采取相应的解决方案。当电动汽车充电设施位于居民区室外停车场时，应在合理位置预留室外配电箱，并分流至各充电设备。每个充电车位集中区域设置充电设施配电箱。该箱首选设在附近建筑室内， 如果设在露天需采用防水型配电箱。如果选用落地式充电桩，按照《电动汽车充电站设计规范》GB50966-2014、4.2.1 条要求，充电设备外 廓距充电位边缘的净距不宜小于 0.4m，并应满足方便和安全的要求。当电动汽车充电设施位于居民区地下室时，建议选择放射式或主干式配电方案，注意敷设路线清晰，或预留专用电缆桥架，以方便后续物业和电力公司的建设。对于不允许电动汽车指定地下车库区域的全覆盖项目，应采用插电式母线槽系统，线槽直体段的标准化设计，密集的插电接口，两侧插座的灵活设计，从而有效地解决了用户更换或增加充电桩位置的供电问题。如果电缆敷设不规范，极有可能发生碰撞危险，引发短路电弧火灾事故。根据《汽车库、车库维修和停车场设计防火规范》，必须严格执行相关国家标准，规范住宅区电动汽车充电设施的安装，优化电气设计，采用合理的开关电缆和剩余电流动作断路器，并与电气火灾监控系统建立联系，实现有效的预防和控制。

（五）充电设施的监控系统

充电桩监控系统包含对配电、充电及安防等方面的监控，从站控层（控制层）、间隔层以及网络设备层三方面进行，站控层能够对人机交互以及数据采集与处理、存储等方面进行有效控制，信息收集指的是用户及限电管理、报告传递及打印、时间同步等功能。间隔层作为采集电信号的重要组件，对充电设施的运行数据实时上传至站控层（见图1）。

图1监控管理系统

三、结语

不同地区对充电桩安装的要求均有所不同，在进行对充电桩配电的前期，需要注意了解当地的要求及验收的标准。同时，住宅小区的充电设施安全涉及到电动汽车及小区居民的安全，充电设施的电气设计需要遵循国家相关法律，科学合理确定负荷等级、监测充电设备的供配电，确保充电设施的安全可靠。