建筑電氣充電樁配電設計及未來(lái)發(fā)展思考

摘要:民用建筑中充電樁配電系統設計應結合現有國家標準及當地政策、規范、標準的要求。本文以廣州市住宅項目為例,介紹了電動(dòng)汽車(chē)充電樁布置的原則,充電樁配電系統的設計,充電樁相關(guān)配套設施建設的要求,主要內容包括主體選址、平面布置、負荷計算、電氣保護、防雷接地等方面。并分析我國現今新能源汽車(chē)發(fā)展現狀及亟待解決的問(wèn)題

關(guān)鍵詞:電動(dòng)汽車(chē);有序充電;汽車(chē)充電樁;新能源;

一、引言

隨著(zhù)國家對新能源產(chǎn)業(yè)的政策扶持及行業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展,新能源汽車(chē)的應用越來(lái)越 普及,由此,如何應對用戶(hù)日益增長(cháng)的新能源汽車(chē)充電需求與當前充電設施建設不匹配,也是建筑電氣設計人員應當攻克的一道難題。 本文著(zhù)點(diǎn)于建筑電氣設計中充電樁的布置與配電 系統設計,并延伸探究相關(guān)配套設施建設及目前所遇到的問(wèn)題,以期與廣大相關(guān)從業(yè)人員共同探討解決問(wèn)題的思路與方法

二、充電樁的分類(lèi)

充電樁分為慢充和快充。慢充特點(diǎn)是交流輸入交流輸出,充電電流小時(shí)間長(cháng),目前大多數慢充時(shí)間 約6 ~ 9 小時(shí);快充特點(diǎn)是交流輸入直流輸出,充電電流小時(shí)間 短,快充時(shí)間約1 ~2 小時(shí)。住宅建筑配建慢充足以滿(mǎn)足絕大多數用戶(hù)的使用求,且慢充建設成本較快充也較 低,故住宅建筑基本為慢充,快充則用于公共場(chǎng)合,縮短用戶(hù)充電時(shí)間。

三、 充電樁布置的要求

3.1 選址

設置充電樁的場(chǎng)所應充分考慮周?chē)ㄖ闆r及建筑自身內部情況,通常需要考慮以下幾點(diǎn):

(1 )盡量避開(kāi)多塵、水 霧、有腐蝕性和破壞絕緣的有害氣體及導電介質(zhì)的場(chǎng)所,此類(lèi)場(chǎng)所對 電氣設備破壞性大且存在安全隱患;

(2)盡量避開(kāi)可能積水的場(chǎng)所,如廁所、浴 室的正下方,如果因條件限制必須設在此類(lèi)場(chǎng)所,應當采取預防滴、漏 水的措施或者選用相應防護等級的設施,通常情況下可在此區域設置雙層板或雙層墻,但這種做法應征詢(xún)當地驗收或監督部門(mén)是否認可;

(3 )避免設置在有劇烈振動(dòng)影響或者高溫的場(chǎng)所;

(4)國標《電動(dòng)汽車(chē)分散充電設施工程技術(shù)標 準 》GB51313 -20 1 8(簡(jiǎn)稱(chēng)“國 標”)中規定,不宜設在修 庫內;廣東省標準《電動(dòng)汽車(chē)充電基礎設施建設技術(shù)規程》DBJ/T1 5 -1 5 0 -2018(簡(jiǎn)稱(chēng)“廣東省標”)中要求更具體不應設在修車(chē)庫及甲、乙類(lèi)物品運輸車(chē)的汽車(chē)庫、停車(chē)場(chǎng)內;

(5 )盡量選在有公用網(wǎng)絡(luò )覆蓋的場(chǎng)所,充電設施使用及維護都需要使用網(wǎng)絡(luò );

(6 )應當選在便于消防救援力量到達的場(chǎng)所,方便火災發(fā)生時(shí)能及時(shí)得到救援。

3.2 布置

新建車(chē)庫內的充電設施應當在集中布置同一防火分區內。當耐火等級為一、二級的車(chē)庫有多層時(shí),可布置在車(chē)庫的一/二/三層;當車(chē)庫為地下多層時(shí),不應該布置地下四層及以下。國標中,設置充電設施的車(chē)庫防火單元最大允許建筑

面積要求如下表 1 :

表 1 集中設置充電設施的防火單元

最大允許建筑面積(㎡)

廣東省標中,設置充電設施的車(chē)庫防火分區最大 許

建筑面積要求如下表 2 :

表 2 集中設置充電設施的防火分區

最大允許建筑面積(㎡)

且廣東省標中規定:設置充電設施的車(chē)庫,地下或高層車(chē)庫單個(gè)防火單元內停車(chē)數量不大于 20 輛;半地下/單層/多層車(chē)庫單個(gè)防火單元內停車(chē)數量不大于5 0輛。

1. 充電樁配電系統設計

4.1 確定負荷等級

根據國標及廣東省標相關(guān)規定,除供電中斷將對經(jīng)濟

或社會(huì )秩序造成較大損失或較大影響其供電負荷等級不低于二級外,其余供電負荷等級可按照三級。

4.2 確定建筑物應設充電樁數量

國標規定,新建住宅配建停車(chē)位應按照 1 00 %的比例建設或預留充電設施安裝條件,公共建 筑或公共停車(chē)場(chǎng)內配建停車(chē)位應按照不應低于 1 0 %的比例建設或預留充電設施安裝條件。除了滿(mǎn)足規范及規劃要求外,在設計初期,還應征詢(xún)業(yè)主意見(jiàn),確認是否有特殊需求。

4.3 確定設備負荷容量及配電設計

目前,單臺慢充一樁一槍充電功率仍不統一,圖集1 8D70 5 -2 中為7 kW,大多數設計也會(huì )采用這個(gè)數據,單臺快充一樁一槍充電功率常見(jiàn)為 3 0 kW、6 0 kW,具體設計中選用哪種數據根據當地供電部門(mén)要求及業(yè)主具體需求而定。以廣東省廣州市某住宅項目設計為例,該項目包含 1 0棟一類(lèi)高層住宅及2層地下室,其中包含充電車(chē)位1 5 3 0個(gè),供電負荷等級為三級負荷。按照廣州市要求,新建住宅停車(chē)位必須全部建設或預留安裝充電設施接口,其中配建或預留充電設施接口比例不少于 3 0 %,則本項目首期投入的充電樁數 量 為 1 5 3 0 x3 0 % = 45 9個(gè)。 根據廣州市供電局要求,充電功率不少于 8kW/車(chē)位,取 8kW每臺?？紤]同期需要系統,見(jiàn)表 3 。

表 3 需要系數(Kx)推薦值

注:表中充電設備臺數是按同一單相所接交流充電樁數量計算,采用三相配電時(shí),表中充電設備臺數應乘以 3 。計算容量 Sj =Kt*Kx*{P/(η*cosφ)}式中:Kt-同時(shí)系數,一般取 0 .8 ~ 1 .0 ,根據廣州市供電局要求,可取 0 .8 ;

Kx-需要系數,本項目接于同一相的充電樁數量為45 9/3 =1 5 3個(gè),查表3 ,取0 .3 ;

1. 充電設備總設備功率,45 9 x8 =3 6 7 2 kW;

2. η-充電設備的工作效率,一般為 0 .9 ~0 .9 5 ,本項目取0 .9 3 ;

3. cosφ-充電設備的功率因數,一般為 0 .9 ~ 0 .9 8 ,本項目取 0 .9 3 ;

(1 )變電所負荷計算

總容量Sj 1 = 0 .8 * 0 .3 * {3672/(0 .9 3 * 0 .9 3 )}=1018 .9 kVA

則首期投入變壓器 1 2 5 0 kVA,負載率 8 1 .5 %。

剩余充電車(chē)位預留安裝條件,預留變壓器,僅預留變配電室位置。 預留變壓器容量 計算如下:Sj 2 = 0 .5 * {8 *(1 5 3 0 -45 9 )/(0 .9 3 *0 .9 3 )}=4 9 5 3 .2 kVA(其中按照廣州市供電局要求,規劃總容量按照5 0 %的需要系數計算),故預留 6臺1 000 kVA 變壓器,負載率 82 .5 %。

(2)區域配電箱負荷計算及配電設計

以某一防火分區40個(gè)充電車(chē)位為例,區域配電箱電源引自變電所低壓柜,放射式供電,設 置4個(gè)充電樁電表箱,其中3個(gè)1 2位表箱,1個(gè)4 位表箱。 考慮到個(gè)別地區配電房?jì)鹊蛪汗裨O置切非受限,故在區域配電箱設置消防切非。本區域配電箱接于同一相的充電樁數量40/3 = 1 3個(gè),故Kx 取0 .7 ,Kt 取1 .0 ,則系統圖如下圖 1 :

圖 1 區域配電箱系統圖

(3 )末端配電箱負荷計算及配電設計

末端配電箱由區域配電箱放射式供電,本區域配電箱接于同一相的充電樁數量為1 2/3 =4 個(gè),故 Kx 取 0 .8 ,Kt取1 .0 ,則系統圖如下圖 2 :

圖 2 末端配電箱系統圖

4.4 交流充電樁的保護和計量

(1 )應設置過(guò)負荷保護、短路保護及接地保護;

(2)配電回路應設剩余電流動(dòng)作保護,選用A型 RCD額定動(dòng)作電流不大于 3 0 mA,動(dòng)作時(shí)間不 大于0 .1 s(廣東省標中也可選用 B 型 RCD);

(3 )末端回路設置限流式電氣防火保護器

(4)充電樁防水防塵等級:室內安裝時(shí)不低于 IP3 2 ,室外安裝時(shí)不低于 IP6 5

(5 )電源進(jìn)線(xiàn)宜選用不低于B2級燃燒性能、t1級產(chǎn)煙毒性、d1 級燃燒滴落物/微粒等級的電線(xiàn)、電纜。電線(xiàn)、電纜具體選型應視項目建筑類(lèi)型而定。

(6 )充電樁應自帶電能計量裝置,自帶的計量裝置主要為用戶(hù)提供計量 服 務(wù),此 外 還 應 在產(chǎn)權分界點(diǎn)安裝面向電網(wǎng)接電的計量裝置,如上文圖 2 ,末端配電箱出線(xiàn)回路安裝計量電表。

4.5 配套設施的要求

(1 )配建充電設施的車(chē)庫,應配套設置相應的消防設施:火災自動(dòng)報警系統、消防應急照明及 疏散指示標志、防排煙設施和自動(dòng)噴水滅火系統;

(2)廣東省標準要求,設有充電設施的防火單元內行車(chē)通道上的防火卷簾應當分兩步動(dòng)作,第 一步由火災自動(dòng)報警系統聯(lián)動(dòng)下降停在距地1 .8 米處,第二步由專(zhuān)業(yè)消防救援人員或值班人員操作設置在防火卷簾兩側的現場(chǎng)手動(dòng)控制裝置使卷簾下降到底;

(3 )充電設施設置處宜有視頻監控,便于消控室值班人員及時(shí)發(fā)現并處理故障或異常情況。廣東省標要求設置了3 0 kW及以上單槍容量快充設備的室內場(chǎng)所應設視頻安防監控系統。

4.6 接地系統的要求

(1 )室內安裝的樁可利用建筑物本身接地裝置;室外安裝的充電樁可利用附近建筑或其他配 電設施的接地裝置。當無(wú)法利用或附近無(wú)其他接地裝置時(shí),應當加設接地裝置。

1. 廣東省標準要求,充電車(chē)位應有等電位聯(lián)結措施。一般室內充電設置做防雷接地時(shí),可在 附近柱位或墻體預留接地預埋件,與建筑物接地網(wǎng)連接, 圖 3示意;室外充電樁接地可設置等 電位均衡線(xiàn),做法詳集1 8D70 5 -2 第47頁(yè),如圖 4示意:

2. 圖 3 預留充電樁接地端子圖示

4.7 充電樁安裝

充電樁的安裝方式大體可分為壁掛式 安裝和落地式安裝,其中應注意,無(wú)論采用哪種安 裝方式,都應該為人員操作和檢修留下空間,同時(shí)也避免距離車(chē)位過(guò)近增加用戶(hù)停車(chē)時(shí)撞上充電樁的風(fēng)險。

圖 4 室外充電車(chē)位等電位均衡線(xiàn)圖示

4.8 機遇與挑戰

據第一財經(jīng)日報報道,202 3年我國新能源汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)額分別為958 .7萬(wàn)輛和949 .5萬(wàn)輛,同比 增長(cháng)35.8 %和37.9 %,市場(chǎng)占有率達到 31 .6 %,創(chuàng )下歷史新高。至202 3年底,全國新能源汽車(chē) 保有量達到2041萬(wàn)輛,占汽車(chē)總量的6.0 7 %。新能源汽車(chē)數量的快速增長(cháng)除了增加了對充 電基礎設施合理建設的要求外,在道路交通頻繁的特殊時(shí)間段,如節假日期間,也進(jìn)一步放大了電車(chē)主的充電焦慮。

據國家電網(wǎng)智慧車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺發(fā)布的數據顯示,2024 年春運期間,僅1月2 6 日到2月5日11天的時(shí)間里,國家電網(wǎng)智慧車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺上高速公路服務(wù)區新能源車(chē)充電量達3408 .9 1 萬(wàn)千瓦時(shí),充電次數達1 51 .9 4 萬(wàn)次,分別比2023年春運同期增長(cháng)67 .06 %和48 .42 %。在新 能源汽車(chē)滲透率較高的南方地區,車(chē)主在高速服務(wù)區充電需要排隊取號,單次充電耗時(shí)更長(cháng)。 尤其是本次春運期間,遭遇特殊天氣凍雨,高速路段堵車(chē)可達幾天,為省電有些車(chē)主甚至不敢 開(kāi)取暖,如何應對這些問(wèn)題也是新能源汽車(chē)制造商及充電樁設計、設置人員面臨的挑戰。同時(shí),鄉村新能源汽車(chē)充電設施的建設也是一個(gè)廣闊的市場(chǎng)。多數新能源車(chē)主返回村里以后充 困難,只能前往當地鎮點(diǎn)或縣里,且縣鎮公用充電樁設置 較少,往往需要排隊才能充上電。 當 前市場(chǎng),鄉村新能源汽車(chē)占比量較少的一個(gè)很大原因在于充電不方便,充電設施短、缺、落 后,如何加快鄉村充電樁建設和配套農村電網(wǎng)的質(zhì)量改造提升,也是進(jìn)一步在鄉村推廣新能源汽車(chē)亟需解決的一大難題。

1. 解決方案

圖1 平臺結構圖

充電運營(yíng)管理平臺是基于物聯(lián)網(wǎng)和大數據技術(shù)的充電設施管理系統，可以實(shí)現對充電樁的監控、調度和管理，提高充電樁的利用率和充電效率，提升用戶(hù)的充電體驗和服務(wù)質(zhì)量。用戶(hù)可以通過(guò)APP或小程序提前預約充電，避免在充電站排隊等待的情況，同時(shí)也能為充電站提供更準確的充電需求數據，方便后續的調度和管理。通過(guò)平臺可對充電樁的功率、電壓、電流等參數進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，及時(shí)發(fā)現和處理充電樁故障和異常情況對充電樁的功率進(jìn)行控制和管理，確保充電樁在合理的功率范圍內充電，避免對電網(wǎng)造成過(guò)大的負荷。

六、安科瑞充電樁云平臺具體的功能

平臺除了對充電樁的監控外，還對充電站的光伏發(fā)電系統、儲能系統以及供電系統進(jìn)行集中監控和統一協(xié)調管理，提高充電站的運行可靠性，降低運營(yíng)成本，平臺系統架構如圖3所示。

圖2 充電樁運營(yíng)管理平臺系統架構

大屏顯示：展示充電站設備統計、使用率排行、運營(yíng)統計圖表、節碳量統計等數據。

圖3 大屏展示界面

站點(diǎn)監控：顯示設備實(shí)時(shí)狀態(tài)、設備列表、設備日志、設備狀態(tài)統計等功能。

圖4 站點(diǎn)監控界面

設備監控：顯示設備實(shí)時(shí)信息、配套設備狀態(tài)、設備實(shí)時(shí)曲線(xiàn)、關(guān)聯(lián)訂單信息、充電功率曲線(xiàn)等。

圖5 設備監控界面

運營(yíng)趨勢統計：顯示運營(yíng)信息查詢(xún)、站點(diǎn)對比曲線(xiàn)、日月年報表、站點(diǎn)對比列表等功能。

圖6 運營(yíng)趨勢界面

收益查詢(xún)：提供收益匯總、實(shí)際收益報表、收益變化曲線(xiàn)、支付方式占比等功能。

圖7 收益查詢(xún)界面

故障分析：提供故障匯總、故障狀態(tài)餅圖、故障趨勢分析、故障類(lèi)型餅圖等功能。

圖8 故障分析界面

訂單記錄：提供實(shí)時(shí)/歷史訂單查詢(xún)、訂單終止、訂單詳情、訂單導出、運營(yíng)商應收信息、充電明細、交易流水查詢(xún)、充值余額明細等功能。

圖9 訂單查詢(xún)界面

七、產(chǎn)品選型

安科瑞為廣大用戶(hù)提供慢充和快充兩種充電方式，便攜式、壁掛式、落地式等多種類(lèi)型的充電樁，包含智能7kw/21kw交流充電樁，30kw直流充電樁，60kw/80kw/120kw/180kw直流一體式充電樁來(lái)滿(mǎn)足新能源汽車(chē)行業(yè)快速、經(jīng)濟、智能運營(yíng)管理的市場(chǎng)需求。實(shí)現對動(dòng)力電池快速、高效、安全、合理的電量補給，同時(shí)為提高公共充電樁的效率和實(shí)用性，具有有智能監測：充電樁智能控制器對充電樁具備測量、控制與保護的功能；智能計量：輸出配置智能電能表，進(jìn)行充電計量，具備完善的通信功能；云平臺：具備連接云平臺的功能，可以實(shí)現實(shí)時(shí)監控，財務(wù)報表分析等等；遠程升級：具備完善的通訊功能，可遠程對設備軟件進(jìn)行升級；保護功能：具備防雷保護、過(guò)載保護、短路保護，漏電保護和接地保護等功能；適配車(chē)型：滿(mǎn)足國標充電接口，適配所有符合國標的電動(dòng)汽車(chē)，適應不同車(chē)型的不同功率。下面是具體產(chǎn)品的型號和技術(shù)參數。

八、現場(chǎng)圖片

九、結束語(yǔ)

新能源汽車(chē)得到大力發(fā)展是在綠 色、環(huán)保、可持續發(fā)展背景下的大勢所趨,如本文所提,目前我國的充電設施建設在很多方面仍不完善,這正是充電樁相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的空間所在。如何更合理的布置充電樁,在現有條件下如何設計出更經(jīng)濟、科學(xué)的充電樁配電系統,也是電氣 設計人員需要進(jìn)一步思考和探討的問(wèn)題。

參考文獻

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2. 賀成成.建筑電氣充電樁配電設計及未來(lái)發(fā)展思考

作者介紹：

吳春紅，女，現任職于安科瑞電氣股份有限公司。

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