新能源在充电桩供配电设计中的应用

新能源在充电桩供配电设计中的应用

张庆 陈杰

杭州瀚高电力工程设计有限公司 310000

摘要：新能源的推广主要是为了摆脱对于传统不可再生能源的依赖性，因此对新能源在充电桩供配电设计进行分析，对于实现节能减排的目标有着十分重要的促进作用。本文主要分析新能源在充电桩供配电设计中的应用。

关键词：新能源；充电桩；供配电设计

引言

电动汽车较燃油汽车在节能环保、绿色出行方面体现出的巨大优势，使其在近几年得以大面积推广和使用。家庭用车也越来越倾向选择电动汽车出行和生活。然而民用建筑住宅小区充电设施不完善，充电需求高，无法满足在某些时段集中充电的要求，制约了电动汽车在家庭中的大力推广。如何有效对民用建筑充电桩供配电设计和规划是解决目前住宅区电动汽车顺利使用的关键。

1、充电桩类型

根据市场上不同的充电批次初始模式，充电批次可分为交流充电批次和直流充电批次。其中交流充电柱使用的管道模式是电动汽车内置充电装置提供交流电源的专用充电器。这种充电堆栈也可以充电，电量低，充电时间长。这种慢性商店最适合办公大楼或住宅区的停车场，用交流充电柱充满电需要6 ~ 10个小时。此外，交流充电桩可根据其不同阶段分为单相和三相。它们的工作电压分别为220V和220v。380V .性能选择必须根据实际施工条件进行。例如，7千瓦单相充电电桩和42千瓦三相充电电桩一般用于住宅小区。但是，DC充电站与属于场外充电站的交流充电站之间存在很大差异。它可以将交流电源转换为直流电源，电动汽车电池充电器用作管道模式。加载直流充电堆栈时，电流相对较大，充电时间较短，通常为20 ~ 60分钟。直流充电电池的输入电压一般为380 V，输入功率有多种形式，一般分为30 kW、45 kW、60 kW、120 kW，甚至300 kW。充电时间虽然短，但可以抵消交流充电批量的充电速度要求，但电力和设备的安全性要求较高。

2、充电桩配置原则

分析了充电柱配置原理主要从配置指标、充电停车选择和充电柱布置三个方面进行。第一，分配指标，不同城市新建建筑停车场配有不同的充电柱指标。当在北京分配充电桩的停车空间份额时，盘柜必须满足18%的直接施工条件和100%的预留安装条件，办公室不少于25%，企业不少于20%。二、收费停车场的选择。地下车库电动汽车停车场位于停车场中央停车区。商店的座位应设置在一楼，最好是在一楼或二楼靠近一楼区域的地方，而不应设置在三楼或三楼以下。充电站的位置不应靠近有潜在火灾或爆炸危险的地方。对于电动汽车集中停车，建议充分利用现有停车管理系统。最后是桩的位置顺序。电动汽车充电基础设施与电动汽车停车场和建筑物(结构)之间的最小距离应符合安装、电气安全、运行和维护要求。安装在墙上的充电器的中心线应高出地面1.5米。当电动汽车的充电基础设施在地面上自由安装时，充电设备基础应比充电器高出0.2m或以上，基础基础应大于充电设备的长度、宽度和外侧标尺0.2m。地基应为混凝土基础和预留分布管道；交流充电桩应布置在停车库背面两侧停车库的交汇处，朝向停车库的安装方向；建议直流充电堆栈多次充电，应设置在柱子后面的空闲位置。

3、充电桩的供配电设计

一般的民用建筑如果出现供电突然中断的情况，很容易使大面积的充电设施遭受影响。在这些充电设施中，要求充电的负荷等级不能低于二级，而由于本项目设计的充电桩属于商业范围的设施，因此需要按照三级负荷来设计，不属于该范围内。本项目本身不具备单独设立充电桩专用变压器的条件，并与其他的用电负荷使用一个变压器，因此需采取专用的回路来满足其充电桩的供电需求。另外由于本身的变压器低压一侧到充电桩之间的配电级数不适合超出三级的供应范围，同时且需要结合“电级数越少供电越可靠”的原则，本交流充电桩决定采取二级的配电模式。结合直流充电桩本身的输入功率差异分析，本次储能式的直流充电桩采取二级配电模式，主要经由变压器的低压一侧母线再通过干线电缆放射式到区域配电箱，再由配单箱向各个充电桩供电；而对于非储能式的充电桩，由于其所需的输入功率较大，因此需要直接由变压器低压一侧的母线进行直接供电。

4、充电桩配电系统

首先是充电桩配电系统的设计。中低压配电系统宜采用单母线、单母线分段或电缆电线连接，低压接地系统宜采用TN-S系统。低压进出线开关和分段开关应使用断路器。低压进线断路器应具有短路瞬时、短路短延时和长延时保护功能，并具有接地保护功能；应提供单独的跳闸装置。非车载充电器、监控装置和重要用电设备应采用放射式供电，交流充电桩可采用树干式供电或放射式供电，多个交流充电桩的电源连接应考虑电源的三相平衡。交流充电桩供电的电源侧低压断路器应具有短路保护和过载保护，并应具有剩余电流保护功能，剩余电流保护的额定工作电流不大于30ma，工作时间不大于0.1s，多个充电装置不能共用一个具有剩余电流保护功能的低压电器。

其次充电式配电线路布线系统的设计。铜导体应用于供电线路至充电器，XLPE绝缘类型应用于电缆，PVC绝缘类型应用于电线。当绳索在室外敷设时，外部外壳应配有钢带。干线段应根据长远目标同时选定，电缆导体段应根据电动汽车充电基础设施的计算结果确定。室内电缆线路应通过桥梁或管道布线。电缆沟应用于室外电缆管道。保护管必须满足环境中的抗压强度和耐腐蚀性要求。五相电缆应用于三相低压电路，三相导线应用于单相电路，中性电缆线路的横截面应与相线路相匹配。

最后毕竟是基础设施的设计。该新停车场旨在将低压电源引入充电站附近，并设置配电箱；电缆路径应从配电箱预留到充电器，断路器容量应与充电装置匹配。充电设施的通信电缆应通过管道单独布线，并应采用电力线选择相同的方式。电动汽车充电基础设施应采取有效措施控制电能质量，减少对建筑配电系统和公共电网的影响。地面独立安装的装药设施属于防雷建筑的第三类。当与其他建筑物一起建造时，应综合考虑建筑物的性质，计算并确定防雷等级。充电机构应采取措施防止直接雷击，防止雷电和电磁闪电侵入，配电箱应配备主过电压。

5、充电设施的供配电系统

电动汽车的充电能力，除了警车、救护车和公共交通电动汽车的非车载充电器外，是在二等充电后设计的，而在其他住宅小区、商场和办公室安装的快速慢充电设施则是在三等充电后设计的。充电设施必须设有专用供电电路。10 (20) kV电源可以使用，如果充电设施比较集中，安装的总功率250 kW以上，或者变压器安装功率160 kVA以上，则可以设置专用变压器。建筑物中变压器容量冗馀时，充电设施可使用AC 220/380V电压运行。充电设施低压配电系统通常是两级配电，必要时也可以选择三级配电。(1)低压一级能量分布:变压器低压侧的一级能量分布，为电动汽车充电站区域的配电箱供电。一流配电柜是变电站低压输出柜。(2)低压二次配电:电源通过低压一次配电进行，电源通过高性能充电设施或二次配电盒进行。二次配电箱通常安装在电动汽车停车场附近的配电箱内。(3)三级低压配电:二级低压配电盒提供电力并为充电设施供电。充电设施的三级分布应根据技术情况选择和调整，主要用于大量集中单相交流充电桩。三层配电箱通常安装在电动汽车停车区的支柱上，每三层配电箱为两侧不超过六个充电设施分配电力。

结束语

随着科技的发展，新能源电动汽车成为了未来绿色出行的主要交通工具。为了满足电动汽车发展需要，充电桩也得到了快速的发展。然而，充电桩的设计会受到充电设施用电量大、住宅充电桩设置不合理等因素影响。为此，本文从充电桩的设置原则、电气要求、供电系统及安装等方面对民用建筑的充电桩进行探讨，以期为充电桩的合理设计提供理论基础和技术支撑。

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