浅谈民用建筑地下车库充电桩配电设计解决方案
2021-11-03 16:33:57 来源：安科瑞王蒙蒙
摘要：本文主要对民用建筑地下车库充电桩配电设计分析，并提出解决方案。以期能够更好的推动电动汽车的发展。
关键词：民用建筑；地下车库；充电桩；配电设计；方案
引言
随着科学技术不断发展，同时伴随着石油等自然资源逐渐减少，人们对保护环境、绿色发展的呼声越来越高，新能源汽车成为其中的一种新尝试，对电动汽车的推广使用则是一个重要体现，但如果相应的充电桩设备跟不上发展，那么推广电动汽车将是空谈。在人员密集的民用建筑地下库对充电桩的需求以及要求都非常高，需要要做好相应的充电桩配电设计，满足人们的日常需求。
一、充电桩的类别以及相关的技术要求
1、电桩的类别
现阶段充电桩主要分为直流充电装置和交流充电桩两种，前者俗称“快充”，顾名思义，其较大的特点是电压与电流调整幅度较大，充电速度快，但是对于汽车上的电池损耗较大，主要由充电机柜和直流充电桩组成，占用面积相对较大。后者俗称“慢充”，也是当下民用建筑车库使用主流，分单相和三相两种，占用面积较小，安装方便。根据厂家提供的数据，主要列举了下表的技术参数：
2、民用建筑地下车库充电桩的技术要求
通过充电桩的分类看出民用建筑地下车库的充电桩一般使用交流充电桩，其具备电源充足或充电时间到后自动切断电源，在发生短路、过载、漏电等情况时进行自动故障报警等功能，因此在技术方面，除了需要满足现有的法律法规以及规范外，主要从阻燃、阻电、预警等方面考虑。电源线采用阻燃电缆和护管等材料，通过安装空气开关进行漏电等自我保护，同时其保护接地端需要接地并配备符合其装置的环保材料，即阻电功能，在这一方面可采用TN-S系统等具有自我保护功能的系统。
二、民用建筑地下车库充电桩配电设计涉及的注意点
1、充电桩位置的设计
对于充电桩位置的设计，主要从电动车类别、进出的车流状况、车位以及配电设备等方面考虑，对于充电桩数量不多时，将充电桩集中安装在同一个防火区域内，并将相关的配电设备设计在不远处以便集中管理。在相对较多的情况下，根据直流充电装置和交流充电桩不同的特点安置在不同的区域，前者主要安装于车库进出口的防火区域，后者则可以放置在不同的防火分区中。
2、充电桩的安装方式
通过上表可以知道主要由落地式与壁挂式两种充电桩的安装方式。落地式的充电桩安装方式相对简单，一般安装于离地30cm左右车位端部。挂壁式的充电桩安装方式主要是指将充电桩安装在墙上或柱子上，在这里需要注意的是在安装过程中需要避免对消防栓等功能设施的影响，在安装高度上，要比落地式的高。
3、充电桩的配电箱设置
配电箱可以根据实际需求设置一个或多个，根据数量的多少在低压柜中设置相应数量的回路，配电箱安装的位置应是充电桩附近的强电间里面。只有提高其安全指数，才能够让充电桩更好的为人们服务，提高用电安全，保障人们的生命财产安全。
4、配电箱回路设置
在回路设置上，主要要注意短路以及剩余电流保护，可采用低压断路器，剩余电流保护可采用选定额定动作电流的方式，以便减少短路或电量过载造成的起火等现象，保障在使用充电桩充电过程中的安全。
三、安科瑞充电桩运营管理平台
1、系统架构
安科瑞Acrelcloud-充电桩收费运营云平台系统通过物联网技术对接入系统的充电桩站点和各个充电桩进行不间断地数据采集和监控，同时对各类故障如充电机过温保护、充电机输入输出过压、欠压、绝缘检测故障等一系列故障进行预警；用户通过微信小程序扫描二维码，进行支付后，系统发起充电请求，控制二维码对应的充电桩完成电动汽车的充电过程。
充电桩可选配WIFI模块或GPRS模块接入互联网，配合加密技术和秘钥分发技术，基于TCP/IP的数据交互协议，与云端进行直连。云平台包含了充电收费和充电桩运营的所有功能，具体功能如下：
资源管理：充电站档案管理，充电桩档案管理，用户档案管理，充电桩运行监测，充电桩异常交易监测。
交易结算：充电价格策略管理，预收费管理，账单管理，营收和财务相关报表
用户管理：用户注册，用户登录，用户帐户管理，消息管理
充电服务：充电设施搜索，充电设施查看，地图寻址，在线自助支付充电，充电结算，导航等
微信小程序：扫码充电，账单支付等功能
数据服务：数据采集，短信提醒，数据存储和解析
变压器监控：监控充电站变压器负荷，每个充电站配备一块ARCM300T无线表，超负荷时系统自动对充电桩的进行调度管理，即当负荷超过百分之五十时，系统会限制新增开始充电的充电桩的功率，降为百分之五十，当变压器负荷超过百分之八十时，系统将不允许新增充电桩开始充电，直到负荷下降为止。
2、平台功能
2.1平台登录
在浏览器打开云平台链接、输入账户名和权限密码，进行登录，防止未授权人员浏览有关信息。
2.2平台首页
平台首页总览每天的开户数、充值金额、充电金额、充电度数、充电次数、充电时长，累计的开户数、充值金额、充电金额、充电度数、充电次数、充电时长，以及相应的环比增长和同比增长以及桩、站分布地图导航、本月充电统计。
2.3实时监控
充电站监控页面监视用户充电枪总数、正在充电的枪数、空闲枪数、插枪数量、故障枪数量等，汇总了用户拥有各桩的当日充电总次数、总电量、总时长，进行负荷限制、故障查询。
充电桩监控页面充电枪的基本信息、今日充电电量、今日充电次数、今日充电时长和累计充电电量、累计充电次数、累计充电时长等、充电电压电流等参数。
2.4微信小程序
微信小程序可以通过扫描二维码和微信文字搜索找到，点击后可以加入到小程序列表，如下图所示
用户通过搜索或者扫码等途径初次打开小程序时，会进入这个页面，需要用户授权登录才可以进入小程序主功能页面，如图所示：
初次进入主功能页时需要授权定位才可以使用地图相关功能，在地图上查看到当前所在区域的充电站，查看充电站信息，可以进行扫码充电操作，地图导航等。
扫描充电枪上的二维码，如果当前充电桩可用即可进入充电选择页面，可以查看到当前的充电站名称、充电枪名称，以及当前的账户余额，电价和预计可充电量等数据，还可以查看当前账户的历史充电记录。充电方式分为按时间充电、按金额充电、按电量充电这三种方式。充电结束可以进进行评价。
个人信息可以显示当前登录账号的昵称和余额，同时包括、充值、充值记录查询、账单查询、充电记录查询、设置支付密码等功能
3、硬件配置
3.1平台服务器：建议按照我方推荐配置购买，或者客户自己租用阿里云资源。
推荐硬件配置清单：（如申请阿里云可忽略）
若客户自己租用阿里云服务器，服务器配置根据充电枪点数的不同，分别如下：
3.2现场推荐硬件配置清单：
四、安科瑞限流式保护器的介绍与选型
1、限流式保护器的设计
电气防火限流式保护器可有效克服传统断路器、空气开关和监控设备存在的短路电流大、切断短路电流时间长、短路时产生的电弧火花大，以及使用寿命短等当弊端，发生短路故障时，能以微秒级速度快速限制短路电流以实现灭弧保护，从而能显著减少电气火灾事故，保障使用场所人员和财产的安全。
安科瑞ASCP200-1电气防火限流式保护器的主要元件是固态开关，不同于传统家用的空气开关（微断）。我们知道，传统空气开关的断开是一种机械运动过程，分断时间需要几十毫秒(一般30～50ms)，带负载断开时通常伴随有电弧的产生。而固态开关的断开则是依靠半导体内部的载流子运动实现，分断时间微秒级，速度快，无电弧产生。
如图1所示，当发生短路故障时，传统空气开关在电流升至C点时才能动作，且无法瞬时切断电流，而固态开关则可以在电流升至B点时即瞬间切断短路电流。
图1短路故障前后电流与时间关系图
从流过电阻的电流热量公式Q=I2Rt，可以很容易看出，传统空气开关与固态开关在短路时所释放的能量差别可以达到数千倍之多。因此当装配限流式保护器的回路发生短路故障时，就可以避免电弧的产生，从而有效降低了电气火灾。
2、ASCP200-1功能特点
ASCP200-1型电气防火限流式保护器是单相限流式保护器，较大额定电流为63A。主要功能如下：
A）短路保护功能，线路发生短路故障时，能在150微秒内实现快速限流保护；
B）过载保护功能，线路持续过载时，保护器限流保护；
C）表内超温保护功能，保护器内部器件工作温度过高时，保护器限流保护；
D）过/欠压保护功能，线路欠压或过压时，保护器告警或限流保护（可设）；
E）电缆温度监测功能，被测线缆温度超过报警设定值时，保护器告警或限流保护（可设）；
F）漏电流监测功能，线路漏电超过报警设定值时，保护器告警或限流保护（可设）；
G）通讯功能，保护器配置1路RS485接口，1路2G无线通讯，可以将数据发送到安科瑞Acrel-6000安全云平台，或第三方监控软件或平台，从而实现远程监控。
3、ASCP200-1技术参数
4、应用方案图示
ASCP200-1型电气防火限流式保护器建议安装在入户开关下端，额定电流值根据入户开关的具体规格进行设置，典型应用示意图如图2所示：
图2ASCP200-1家用防火解决方案安装示意图
5、使用注意事项
在选用限流式保护器时，限流式保护器的设定的额定电流应该与其前上级的断路器的额定电流保持一致。例如，当限流式保护器输入端断路器的额定电流为32A时，应将限流式保护器的额定电流设置为32A。为保障限流式保护器的正常使用，严禁将其使用于与其前端断路器的额定电流不匹配的配电线路中。
ASCP200系列采用限流式保护器采用壁挂式安装，可以挂墙安装，也可以安装在箱体内，应确保安装场所无滴水、腐蚀性化学气体和沉淀物质，并注意环境温度和通风散热。
为确保可靠连接，接线时应按接线图进行，同时为了防止接头处接触电阻过大而导致局部过热，也避免因接触不良而导致保护器工作不正常，线头应采用合适大小的U形冷压头压接后，再插入保护器相应端子上并将螺钉拧紧压实。
保护器内部带有交流电，严禁非*人士擅自打开产品外壳。保护器在使用期间，若被保护线路发生短路或过载故障而被限流保护时，保护器仍处于带电状态，不允许随意碰触用电线路的金属部分。待检查线路，并排除故障后，长按保护器的复位按键约2秒钟，使保护器恢复正常运行时。
当保护器因超温而发生限流保护时，则可能是因为负载电流过大，环境温度过高或通风散热不良等原因导致，可通过加强通风等措施，等保护器温度降下来后，再长按复位键，使保护器复位，恢复正常运行。
五、结束语
充电汽车的推广与使用，在一定程度上缓解了石油等能源的压力，对环境保护起了一定的作用。为更好的满足人们对充电汽车的需求，在符合政策以及法律法规要求下，在民用建筑地下库进行充电桩的安装，并做好相关配电设计的工作。
参考文献
[1] 廖飞.民用建筑地下车库充电桩配电设计解决方案［J］.低碳世界，2018，（06）：162-163
[2] 李慧.民用建筑地下车库充电桩配电设计解决方案
[3] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版
作者简介：王蒙蒙，女，现任于安科瑞电气股份有限公司，主要从事电瓶车充电桩的研发和应用
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