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住宅小区电动汽车充电桩的电气设计分析

发表时间：2021/5/10 来源：《基层建设》2021年第1期作者：姚灿辉

[导读] 摘要：本文首先对住宅小区电动汽车充电桩的类别及其平面布置安装方式简要分析，然后对电动汽车充电桩负荷进行计算，最后从高压接入和高低压进出线、配电设施形式和变电室位置、充电桩变压器容量、充电桩安装、电缆敷设、充电桩等方面阐述住宅小区电动汽车充电桩的电气设计，并阐述其注意事项。

        珠海泰坦科技股份有限公司广东省珠海市 519000
        摘要：本文首先对住宅小区电动汽车充电桩的类别及其平面布置安装方式简要分析，然后对电动汽车充电桩负荷进行计算，最后从高压接入和高低压进出线、配电设施形式和变电室位置、充电桩变压器容量、充电桩安装、电缆敷设、充电桩等方面阐述住宅小区电动汽车充电桩的电气设计，并阐述其注意事项。
        关键词：住宅小区；电动汽车充电桩；电气设计
        引言：我国城市发展的同时对节能减排提出了更高的要求，而汽车一直以来都是污染气体排放较高的交通工具，因此在当前背景下新能源电动汽车进入人们的眼帘。电动汽车与传统汽车不同必须要消耗油气资源，只需要通过充电桩即可满足日常出行需求，因此住宅小区建设电动汽车充电桩的非常必要的。
        一、住宅小区电动汽车充电桩的类别以及平面布置安装方式
        （一）电动汽车充电桩类别
        住宅小区电动汽车充电桩的充电类型存在两种划分方式，如果按照充电速度的快慢可以将其分为快充充电桩和慢充充电桩；如果按照直流电和交流电可以将之划分成直流充电桩和交流充电桩[1]。
        （二）电动汽车充电桩平面布置安装
        电动汽车充电桩平面布置安装主要有四种方案，其中第一种方案直接在车位附近的合适位置布置落地式或挂壁式充电桩；第二种方案直接在并排式车位的车尾位置布置落地式充电桩；第三种方案直接在背靠背式车位位置布置落地式充电桩；第四种方案在空间较小的车位布置车挡式充电桩[2]。背靠背停车位充电桩布置平面图如图1所示：

        图1 充电桩位置布置
        二、住宅小区电动汽车充电桩负荷计算
        住宅小区电动汽车充电桩容量计算公式如下：

   （1）
        公式（1）中各指标意义如下：S总的含义为住宅小区充电桩总容量；K的含义为住宅小区对充电桩的需要系数；N的含义为住宅小区对充电桩的需求量；P的含义为住宅小区单个充电桩的功率；η的含义为单个充电桩的工作效率；cosφ的含义为单个充电桩的功率因素。
        三、住宅小区电动汽车充电桩电气设计及其注意事项
        （一）电动汽车充电桩电气设计
        1.高压接入和高低压进出线设计
        住宅小区电动汽车充电桩电气系统中高压进出线路可以直接从架空线路中接入，通过电缆线路与10kV架空线路的连接即可满足对充电桩的供电需求。而高低压进出线可以通过电缆敷设的方式进行布置，由于住宅小区电动汽车充电桩一般均布置在地下停车场，地下停车场布置充电桩通过电缆敷设的方式进行连接极为便利，采用架空线路对高低压线路进出线进行连接反倒会降低电气系统的便利性。而变压器从环网柜进行接入，低压侧从单母线进行接入到配电柜中。
        2.配电设施形式和变电室位置设计
        住宅小区配电设施一般采用配电室方式进行布置，仅有少数小区配电室位置与其他位置存在冲突采用台架式方式进行布置。正常住宅小区一般使用箱式变电站，然后结合充电桩的布置位置对变电室的位置进行确定，最后对住宅小区变电室做好隔离防止小区居民接触。除此之外，如果变电室位置确定过程中存在多种方案，则可以根据高低压线路进出的便利性对变电室最终方案进行确定，这样可以防止高低压线路受到其他因素影响导致漏电。
        3.充电桩变压器容量设计
        住宅小区电动汽车充电桩变压器容量选择与电动汽车的实际数量具有直接关系，电动汽车数量少则充电桩变压器容量设计可以根据实际情况进行调整。电动汽车能源在寒冷地区的储存效果较差，北方地区使用电动汽车较少，因此北方地区住宅小区电动汽车充电桩变压器容量比南方地区小一些。除此之外，电动汽车的电池也会对充电桩的功率造成一定影响，在充电桩变压器容量设计时也需要考虑到电池状态影响因素，保证群体充电时可以对每一个充电桩的功率进行单独控制。
        4.充电桩安装设计
        住宅小区电动汽车充电桩安装对周围环境的要求较高，只有环境干净整洁才能降低充电桩事故的发生，因此潮湿、积水、高温等位置不能布置充电桩，如果地下停车场防水工程效果差时则应该对充电桩的安装慎重考虑。地下停车场充电桩安装主要选择挂壁式或者落地式，一般布置在比较节省空间的位置。地面停车场充电桩安装则必须做好防水措施，防止地面水源以及天气因素对充电桩造成影响。
        5.电缆敷设设计
        住宅小区电动汽车充电桩电缆敷设方式是比较科学合理的方法，该方法可以降低车辆出入对充电桩的影响。但是电缆敷设容易被车辆碾压损坏，因此电缆敷设过程中必须采用套管进行保护，这样才能保证充电桩的电缆正常使用，从而维持充电桩的电力供给。套管与电缆组合可以直接埋设在地下，又可以在地面设置电缆沟进行埋设，二者都可以保证电缆线路不被损坏。
        6.充电桩设计
        住宅小区居民为电动汽车充电的时间也就是自己休息的时间，按照一天休息8小时来计算慢充充电桩完全可以满足要求，因此交流充电桩比较适合应用在住宅小区。交流充电桩的充电时间长，但是充电桩占用的空间位置比较小，主要依靠电动汽车内部的充电机进行充电，交流充电桩选择更省空间的挂壁式布置方式即可满足要求。而直流充电桩充电时间少适合紧急充电，因此直流充电桩可以单独布置一片区域，同时通过计量收费回收充电成本，直流充电桩一般在车位使用落地式布置方式即可。
        （二）注意事项
        1.合理设计充电设备的负荷
        如果住宅小区采用慢充充电方式，即利用充电桩与电动汽车内部的充电机进行连接直接进行交流充电，这样充电方式下充电机的功率一般达不到充电机实际消耗功率，因此在对充电桩进行电气设计时可以降低配电设备的需要系数使其负荷更加合理。
        2.充电桩电量计费方便智能支付
        住宅小区在对充电桩进行电气设计之前必须要考虑到收费问题，但是统一进行收费对大部分用户来说都不合理，只有按照充电桩的电力能源使用情况进行单独收费才能满足用户的需求，因此充电桩必须设计电量计费系统并附带扫码支付和刷卡支付等功能。
        3.设置火灾自动断电装置
        住宅小区电动汽车充电桩电气系统的设计必须考虑到火灾因素对整个小区居民的安全影响，因此电气设计中应该采用区域配电的方式保证各区域配电系统独立，同时在进线电路中布置断路器方便在火灾发生时自动断电。
        4.减少谐波对充电桩电能质量的影响
        住宅小区电动汽车充电桩在工作期间会产生谐波，而谐波会直接影响到充电桩对电力能源的供应质量。因此直流充电桩本身需要和交流充电桩充电机都需要采用减低谐波的相关技术或者设置滤波设施，保证住宅小区充电桩的电能供应质量符合电动汽车的使用要求。
        结论：综上所述，住宅小区电动汽车充电桩电气设计必须结合小区实际情况对配电室位置、线路接入安装方式进行选择，保证整个电气设计方案科学合理。这样才能既照顾到住宅小区对电动汽车充电桩的实际需求，又可以减少充电桩对电力能源的额外消耗，从而提高充电桩电气设备的节能水平。
        参考文献：
        [1]陈允武.新建住宅小区电动汽车充电桩配电设计探讨[J].住宅与房地产,2019(36):70-71.
        [2]张式磊.住宅小区电动汽车充电桩的电气设计探讨[J].机电信息,2019(20):1-2.