淺談民用建筑地下車庫 充電樁配電設計解決方案

劉丹

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

 

摘要：本文主要對民用建筑地下車庫充電樁配電設計分析，并提出解決方案。以期能夠更好的推動電動汽車的發(fā)展。

關鍵詞：民用建筑；地下車庫；充電樁；配電設計；方案

引言

隨著科學技術不斷發(fā)展，同時伴隨著石油等自然資源逐漸減少，人們對保護環(huán)境、綠色發(fā)展的呼聲越來越高，新能源汽車成為其中的一種新嘗試，對電動汽車的推廣使用則是一個重要體現，但如果相應的充電樁設備跟不上發(fā)展，那么推廣電動汽車將是空談。在人員密集的民用建筑地下庫對充電樁的需求以及要求都非常高，需要要做好相應的充電樁配電設計，滿足人們的日常需求。

一、充電樁的類別以及相關的技術要求

1、電樁的類別

現階段充電樁主要分為直流充電裝置和交流充電樁兩種，前者俗稱“快充"，顧名思義，其較大的特點是電壓與電流調整幅度較大，充電速度快，但是對于汽車上的電池損耗較大，主要由充電機柜和直流充電樁組成，占用面積相對較大。后者俗稱“慢充"，也是當下民用建筑車庫使用主流，分單相和三相兩種，占用面積較小，安裝方便。根據廠家提供的數據，主要列舉了下表的技術參數：

2、民用建筑地下車庫充電樁的技術要求

通過充電樁的分類看出民用建筑地下車庫的充電樁一般使用交流充電樁，其具備電源充足或充電時間到后自動切斷電源，在發(fā)生短路、過載、漏電等情況時進行自動故障報警等功能，因此在技術方面，除了需要滿足現有的法律法規(guī)以及規(guī)范外，主要從阻燃、阻電、預警等方面考慮。電源線采用阻燃電纜和護管等材料，通過安裝空氣開關進行漏電等自我保護，同時其保護接地端需要接地并配備符合其裝置的環(huán)保材料，即阻電功能，在這一方面可采用TN-S系統(tǒng)等具有自我保護功能的系統(tǒng)。

二、民用建筑地下車庫充電樁配電設計涉及的注意點

1、充電樁位置的設計

對于充電樁位置的設計，主要從電動車類別、進出的車流狀況、車位以及配電設備等方面考慮，對于充電樁數量不多時，將充電樁集中安裝在同一個防火區(qū)域內，并將相關的配電設備設計在不遠處以便集中管理。在相對較多的情況下，根據直流充電裝置和交流充電樁不同的特點安置在不同的區(qū)域，前者主要安裝于車庫進出口的防火區(qū)域，后者則可以放置在不同的防火分區(qū)中。

2、充電樁的安裝方式

通過上表可以知道主要由落地式與壁掛式兩種充電樁的安裝方式。落地式的充電樁安裝方式相對簡單，一般安裝于離地30cm左右車位端部。掛壁式的充電樁安裝方式主要是指將充電樁安裝在墻上或柱子上，在這里需要注意的是在安裝過程中需要避免對消防栓等功能設施的影響，在安裝高度上，要比落地式的高。

3、充電樁的配電箱設置

配電箱可以根據實際需求設置一個或多個，根據數量的多少在低壓柜中設置相應數量的回路，配電箱安裝的位置應是充電樁附近的強電間里面。只有提高其安全指數，才能夠讓充電樁更好的為人們服務，提高用電安全，保障人們的生命財產安全。

4、配電箱回路設置

在回路設置上，主要要注意短路以及剩余電流保護，可采用低壓斷路器，剩余電流保護可采用選定額定動作電流的方式，以便減少短路或電量過載造成的起火等現象，保障在使用充電樁充電過程中的安全。

三、安科瑞充電樁運營管理平臺

 

1、系統(tǒng)架構

安科瑞Acrelcloud-充電樁收費運營云平臺系統(tǒng)通過物聯(lián)網技術對接入系統(tǒng)的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數據采集和監(jiān)控，同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進行預警；通過微信小程序掃描二維碼，進行支付后，系統(tǒng)發(fā)起充電請求，控制二維碼對應的充電樁完成電動汽車的充電過程。

充電樁可選配WIFI模塊或GPRS模塊接入互聯(lián)網，配合加密技術和秘鑰分發(fā)技術，基于TCP/IP的數據交互協(xié)議，與云端進行直連。云平臺包含了充電收費和充電樁運營的所有功能，具體功能如下：

資源管理：充電站檔案管理，充電樁檔案管理，用戶檔案管理，充電樁運行監(jiān)測，充電樁異常交易監(jiān)測。

交易結算：充電價格策略管理，預收費管理，賬單管理，營收和財務相關報表

用戶管理：用戶注冊，用戶登錄，用戶帳戶管理，消息管理

充電服務：充電設施搜索，充電設施查看，地圖尋址，在線自助支付充電，充電結算，導航等

微信小程序：掃碼充電，賬單支付等功能

數據服務：數據采集，短信提醒，數據存儲和解析

變壓器監(jiān)控：監(jiān)控充電站變壓器負荷，每個充電站配備一塊ARCM300T無線表，超負荷時系統(tǒng)自動對充電樁的進行調度管理，即當負荷超過百分之五十時，系統(tǒng)會限制新增開始充電的充電樁的功率，降為百分之五十，當變壓器負荷超過百分之八十時，系統(tǒng)將不允許新增充電樁開始充電，直到負荷下降為止。

2、平臺功能

2.1平臺登錄

 

在瀏覽器打開云平臺鏈接、輸入賬戶名和權限密碼，進行登錄，防止未授權人員瀏覽有關信息。

2.2平臺首頁

 

平臺首頁總覽每天的開戶數、充值金額、充電金額、充電度數、充電次數、充電時長，累計的開戶數、充值金額、充電金額、充電度數、充電次數、充電時長，以及相應的環(huán)比增長和同比增長以及樁、站分布地圖導航、本月充電統(tǒng)計。

2.3實時監(jiān)控

l  充電站監(jiān)控

 

充電站監(jiān)控頁面監(jiān)視用戶充電槍總數、正在充電的槍數、空閑槍數、插槍數量、故障槍數量等，匯總了用戶擁有各樁的當日充電總次數、總電量、總時長，進行負荷限制、故障查詢。

l  充電槍監(jiān)控

 

充電樁監(jiān)控頁面充電槍的基本信息、今日充電電量、今日充電次數、今日充電時長和累計充電電量、累計充電次數、累計充電時長等、充電電壓電流等參數。

2.4微信小程序

l  搜索與使用

 

微信小程序可以通過掃描二維碼和微信文字搜索找到，點擊后可以加入到小程序列表，如下圖所示

l  授權登錄界面

 

用戶通過搜索或者掃碼等途徑初次打開小程序時，會進入這個頁面，需要用戶授權登錄才可以進入小程序主功能頁面，如圖所示：

l  主功能頁

 

初次進入主功能頁時需要授權定位才可以使用地圖相關功能，在地圖上查看到當前所在區(qū)域的充電站，查看充電站信息，可以進行掃碼充電操作，地圖導航等。

l  充電

 

掃描充電槍上的二維碼，如果當前充電樁可用即可進入充電選擇頁面，可以查看到當前的充電站名稱、充電槍名稱，以及當前的賬戶余額，電價和預計可充電量等數據，還可以查看當前賬戶的歷史充電記錄。充電方式分為按時間充電、按金額充電、按電量充電這三種方式。充電結束可以進進行評價。

l  個人信息

 

個人信息可以顯示當前登錄賬號的昵稱和余額，同時包括、充值、充值記錄查詢、賬單查詢、充電記錄查詢、設置支付密碼等功能

3、硬件配置

3.1平臺服務器：建議按照我方推薦配置購買，或者客戶自己租用阿里云資源。

 

推薦硬件配置清單：（如申請阿里云可忽略）

若客戶自己租用阿里云服務器，服務器配置根據充電槍點數的不同，分別如下：

 

3.2現場推薦硬件配置清單：

四、安科瑞限流式保護器的介紹與選型

1、限流式保護器的設計

電氣防火限流式保護器可克服傳統(tǒng)斷路器、空氣開關和監(jiān)控設備存在的短路電流大、切斷短路電流時間長、短路時產生的電弧火花大，以及使用壽命短等當弊端，發(fā)生短路故障時，能以微秒級速度快速限制短路電流以實現滅弧保護，從而能顯著減少電氣火災事故，保障使用場所人員和財產的安全。

安科瑞ASCP200-1電氣防火限流式保護器的主要元件是固態(tài)開關，不同于傳統(tǒng)家用的空氣開關（微斷）。我們知道，傳統(tǒng)空氣開關的斷開是一種機械運動過程，分斷時間需要幾十毫秒(一般30～50ms)，帶負載斷開時通常伴隨有電弧的產生。而固態(tài)開關的斷開則是依靠半導體內部的載流子運動實現，分斷時間微秒級，速度快，無電弧產生。

 

如圖1所示，當發(fā)生短路故障時，傳統(tǒng)空氣開關在電流升至C點時才能動作，且無法瞬時切斷電流，而固態(tài)開關則可以在電流升至B點時即瞬間切斷短路電流。

圖1短路故障前后電流與時間關系圖

從流過電阻的電流熱量公式Q=I2Rt，可以很容易看出，傳統(tǒng)空氣開關與固態(tài)開關在短路時所釋放的能量差別可以達到數千倍之多。因此當裝配限流式保護器的回路發(fā)生短路故障時，就可以避免電弧的產生，從而降低了電氣火災。

 

2、ASCP200-1功能特點

ASCP200-1型電氣防火限流式保護器是單相限流式保護器，較大額定電流為63A。主要功能如下：

A）短路保護功能，線路發(fā)生短路故障時，能在150微秒內實現快速限流保護；

B）過載保護功能，線路持續(xù)過載時，保護器限流保護；

C）表內超溫保護功能，保護器內部器件工作溫度過高時，保護器限流保護；

D）過/欠壓保護功能，線路欠壓或過壓時，保護器告警或限流保護（可設）；

E）電纜溫度監(jiān)測功能，被測線纜溫度超過報警設定值時，保護器告警或限流保護（可設）；

F）漏電流監(jiān)測功能，線路漏電超過報警設定值時，保護器告警或限流保護（可設）；

G）通訊功能，保護器配置1路RS485接口，1路2G無線通訊，可以將數據發(fā)送到安科瑞Acrel-6000安全云平臺，或第三方監(jiān)控軟件或平臺，從而實現遠程監(jiān)控。

 

3、ASCP200-1技術參數

4、應用方案圖示

 

ASCP200-1型電氣防火限流式保護器建議安裝在入戶開關下端，額定電流值根據入戶開關的具體規(guī)格進行設置，典型應用示意圖如圖2所示：

圖2ASCP200-1家用防火解決方案安裝示意圖

5、使用注意事項

在選用限流式保護器時，限流式保護器的設定的額定電流應該與其前上級的斷路器的額定電流保持一致。例如，當限流式保護器輸入端斷路器的額定電流為32A時，應將限流式保護器的額定電流設置為32A。為保障限流式保護器的正常使用，嚴禁將其使用于與其前端斷路器的額定電流不匹配的配電線路中。

ASCP200系列采用限流式保護器采用壁掛式安裝，可以掛墻安裝，也可以安裝在箱體內，應確保安裝場所無滴水、腐蝕性化學氣體和沉淀物質，并注意環(huán)境溫度和通風散熱。

為確保可靠連接，接線時應按接線圖進行，同時為了防止接頭處接觸電阻過大而導致局部過熱，也避免因接觸不良而導致保護器工作不正常，線頭應采用合適大小的U形冷壓頭壓接后，再插入保護器相應端子上并將螺釘擰緊壓實。

保護器內部帶有交流電，嚴禁非人士擅自打開產品外殼。保護器在使用期間，若被保護線路發(fā)生短路或過載故障而被限流保護時，保護器仍處于帶電狀態(tài)，不允許隨意碰觸用電線路的金屬部分。待檢查線路，并排除故障后，長按保護器的復位按鍵約2秒鐘，使保護器恢復正常運行時。

當保護器因超溫而發(fā)生限流保護時，則可能是因為負載電流過大，環(huán)境溫度過高或通風散熱不良等原因導致，可通過加強通風等措施，等保護器溫度降下來后，再長按復位鍵，使保護器復位，恢復正常運行。

五、結束語

充電汽車的推廣與使用，在一定程度上緩解了石油等能源的壓力，對環(huán)境保護起了一定的作用。為更好的滿足人們對充電汽車的需求，在符合政策以及法律法規(guī)要求下，在民用建筑地下庫進行充電樁的安裝，并做好相關配電設計的工作。

 

參考文獻

[1]   廖飛.民用建筑地下車庫充電樁配電設計解決方案［J］.低碳世界，2018，（06）：162-163

[2]   李慧.民用建筑地下車庫充電樁配電設計解決方案

[3]   安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2020.06版