住宅小区电动汽车充电设施的电气设计

邬 爽

(沈阳化工大学 科亚学院，沈阳 110000)

1 发展背景

节能减排已成时代主题，新能源汽车应运而生，得到了国家的大力扶持，车辆保有量不断增加。据国际能源署分析结果显示，在强有力的政策支持和电池成本快速下降的双重驱动下，到2030年，插电式汽车的保有量将增至1.25亿～2.20亿台。中国作为全球最大的插电式汽车市场，销售数量不断增长，爆发出了强劲的发展态势。与之相对的是充电设施紧张，限制了电动汽车消费。国务院印发了《节能与新能源汽车产业发展规划》，各地政府积极响应。《上海市电动汽车充电设施建设管理暂行规定》要求，新建住宅小区应按照不低于总停车位10%的比例预留充电设施安装条件；广东省《关于加快新能源汽车推广应用的实施意见》要求，新建住宅停车位必须全部建设充电设施或预留安装充电设施接口等。电气设计作为住宅小区电动汽车充电设施配备的关键，应考虑安全、便捷等服务需求。

2 住宅小区电动汽车充电设施的电气设计方案

2.1 平面布置

近年来，随着电动汽车行业的兴起，加之国家政策扶持，逐渐被消费者接受和认可，作为其重要的动力能源，充电需求与日倍增。在科技创新的驱动下，市面上出现了多种充电桩，产品参数及安装方式也有所不同，对此，应采用差异化的电气设计方案。具体实践过程中，设计师要注重做好与建筑专业人员的沟通工作，在不影响车位划分的情况下，选择最佳的充电设施配备，以提高土地资源利用率。如要充分考虑电动汽车充电设施的安装空间需求，优先选择靠近墙体或柱子的位置，设计壁挂式充电桩，或在两排背靠背垂直后退停车位置设计落地式充电桩，预留足够的可操作空间，尽量不对其他车辆通行造成干扰，有效保证停车场安全。由于电动汽车结构的特殊性，随着行驶里程的增加，其电池性能会有所衰减，可能会出现漏电现象，且充电过程基本处于无人看守状态，出于安全需求考量，在住宅小区电动汽车充电设施的电气设计实践中，需注意与监控系统、消防系统的关联，预留相应的设备安装端口，实时掌握停车场动态，最大限度地避免出现安全问题，降低风险概率，努力为住户提供安全、便捷、舒适的生活环境。

2.2 配电系统

在经由所属地区政府审批供电方案之后，住宅小区电动汽车充电设施的电气设计应与公共电力容量相分离，以免影响住宅小区的常规用电量，应充分利用既有配电设施进行设计，若负荷容量超出需求范围，可通过增容改造的方式予以解决。目前，我国并未出台相关标准规定充电设施的配电方式，电气设计实践中，应充分考虑容量大小、负荷分布、管理需求等因素，结合实际工况制订可行的实施方案。容量方面，当其总量较大且相对集中布置时，要设计单独的变压器，总量不大则可由变电所专线供电，并设计总箱或干线，容量偏小时则可由区域总箱配出单独回路供电。此过程中，为方便计量和物业管理，按照供电局的指示要求，当不准许从专用变压器引出独立回路时，则应增设专用变压器或配电房，并严格按照《低压配电设计规范》，在供电线缆的进线端设计漏电保护装置，在充电设施的进线端设计防雷器，搭配微断配置操作机构，使之具有负荷分断能力和过流保护能力。若电价不同时，则需按照要求加装二级表。此外，由于电动汽车充电设施处于非线性负载状态，实际运行会伴随产生一定的谐波，故根据《电网质量公用电网谐波》要求，设计要符合0.38 kV电压总谐波畸变率低于5%的规定。

2.3 负荷计算

根据《共配电系统设计规范》相关标准要求，中断供电将在经济上造成较大损失，充电设施应按不低于二级负荷供电进行设计，其余场所可按三级负荷供电。从实际情况来看，无论住宅小区规模如何，充电设施对供电可靠性的要求与住户用电负荷要求一致，即中断供电，该场所电动汽车充电设施可按三级负荷供电。负荷容量计算方式上，由于住宅小区地下车库电动汽车充电设施均为物业统一配置安装，选用了相同型号，即单相7 kW交流充电桩。根据上述标准，可按照充电桩需要系数、计算数量及单台充电桩输出功率数值相乘并除以充电桩工作效率的公式，得出充电桩的总计算容量。此过程中，充电桩的工作效率一般选用0.9为标准数值。其中，充电桩需要系数是唯一的不确定，因而，它是住宅小区电动汽车充电设备负荷计算的关键。从当前汽车工业水平来看，多数电动汽车的续航里程为150～300 km，如果每天通勤里程为30～40 km，考虑天气、路况、计算误差、驾驶习惯等因素，电动汽车的充电时间间隔大概为3 d。据相关测算结果显示，电动汽车充电时的实际功耗并未达到7 kW，可进一步降低充电桩的需要系数。由此，可算得如下参考数值：

表1 充电桩数量与充电桩需要系数参考数值Tab.1 Reference value of the number of charging piles and the need coefficient of charging piles

2.4 线路敷设

线路敷设作为住宅小区电动汽车充电设施电气设计不可或缺的一环，应结合充电设施位置采取相应的解决方案。当电动汽车充电设施处于住宅小区室外停车场时，应在合理位置预留户外配电箱，并由此分流到各个充电设备上。如果选择落地式充电桩，还需注意其与充电位边缘净距离不得低于0.4 m，但也不可过度远离，应满足使用便利性和安全性要求。当电动汽车充电设施位于住宅小区地库时，则建议选择放射式或树干式的配电方案，注意明确敷设线路路由，或采取预留专用电缆桥架的方式，为后续物业和电力公司施工提供便利。针对准许电动汽车不指定地下车库区域的全覆盖项目，则应采取插接式母线槽系统，线槽直身段标准化设计密集插接口，双面灵活设计插口，以有效解决用户变更或增加充电桩位置的电源供应问题。若线缆敷设不规范，极有可能发生碰撞风险，诱发短路电弧火灾事故。根据《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》，要严格执行国家相关标准，规范住宅小区电动汽车充电设施安装行为，通过电气设计优化，采用合理的开关线缆和剩余电流动作断路器，同时与电气火灾监控系统关联，实现有效防控。