淺談限流式保護器在地下車庫充電設(shè)施電氣設(shè)計中的應(yīng)用

時間：2021-09-17作者：安科瑞電氣股份有限公司瀏覽：150

周曉麗

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801 

【摘要】隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，經(jīng)濟總量的不斷提升以及科學(xué)技領(lǐng)域的不斷進步，我國人民生活水平日益提高，對于能源的消耗和需求水平也相應(yīng)增長，對此，為了能夠較好實現(xiàn)我國的能源戰(zhàn)略，我國一些相關(guān)部門在許多城市進行了新能源汽 車以及電瓶車方面的推廣，以此來減少我國汽車及基本出行方面的能源消耗。當(dāng)前電動汽車充電設(shè)施的建成為許多城市的電動汽車或新能源汽車的推廣提供了條件基礎(chǔ)，而在這些基礎(chǔ)設(shè)施相應(yīng)安置的過程中，仍然存在著較多的消防安全隱患。

【關(guān)鍵詞】地下車庫 ；充電設(shè)施 ；安全問題；短路滅弧

0前言

隨著新能源汽車的不斷應(yīng)用和推廣，相應(yīng)的充電設(shè)施以 及充電服務(wù)站點配套設(shè)施需求也隨之?dāng)U大，其中，主要的 充電設(shè)置點通常為城市中的建筑的地下車庫中，而這也帶來了一定的消防安全問題。本文結(jié)合筆者自身實際工作經(jīng)驗，對電動汽車充電設(shè)置在地下車庫環(huán)境中的部分安全問題進行了簡要分析，并試提出了幾點解決方案。

1 地下車庫的充電設(shè)施系統(tǒng)介紹

地下車庫充電設(shè)施的組成部分主要包括服務(wù)系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、計量計費系統(tǒng)、供電配電系統(tǒng)等部分。服務(wù)系統(tǒng)主要 提供能源管理、支付、本地充電監(jiān)控等服務(wù)，方便上級在運營管理服務(wù)系統(tǒng)中使用。充電系統(tǒng)主要是按照國家標(biāo)準(zhǔn)將預(yù)付卡和充電插頭插入充電樁中，方便向用戶和消費者提供預(yù)約充電和定時充電等功能，后，計量計費系統(tǒng)是指充電樁內(nèi)置的電度表，用來計算電量的使用和進行相應(yīng)的電費計算。

2 地下車庫充電設(shè)施設(shè)計規(guī)范和依據(jù)

地下車庫在充電設(shè)施方面的設(shè)計規(guī)范及依據(jù)當(dāng)前已經(jīng)有許多被頒布的相應(yīng)制度，如 ：GB50996—2014《電動汽車充電樁設(shè)計規(guī)范》；GB50016-2014《建筑設(shè)計*規(guī)范》等，這些規(guī)章都對地下車庫的充電設(shè)施設(shè)計做出了相應(yīng)的安全要求和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

3 地下車庫充電裝置的類型

當(dāng)前我國的地下車庫充電設(shè)施大致可以分為兩類，即直流充電樁以及交流充電樁。直流充電樁一般提供少量直流電源，可為電動汽車提供電能 ；交流充電樁提供交流電能，主要為車載充電器提供電能。根據(jù)我國電網(wǎng)的相關(guān)規(guī)定，對于充電器的充電方式主要是一臺機器和一輛汽車相對應(yīng)，盡可能少的去使用主從充電模式。對于地下車庫的充電設(shè)施，一般有兩種安裝方式，一種是落地安裝，一種是壁掛式安裝，一般都是按照就近的原則布置在停車位的末端 [1]。

4 定性負(fù)荷等級

地下車庫充電樁荷載等級的劃分可參照我國《車庫建筑設(shè)計規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定進行來進行負(fù)荷等級的定性。如目標(biāo)項目是大型或特大型車庫，應(yīng)該按照一級負(fù)荷供電的標(biāo)準(zhǔn)進行供電；如為中型車庫，那么供電方式應(yīng)當(dāng)二級負(fù)荷供電；如果是小型車庫，則應(yīng)采用三級負(fù)荷供電。建筑物的電力負(fù)荷等級必須附屬車庫的供電負(fù)荷等級，這樣才能在保證供電能力的同時也保證相應(yīng)的電力資源得到有效的使用。

5 設(shè)計供配電系統(tǒng)

5.1 確定好電流和電壓的規(guī)格

在選擇的輸出電流類型為非車載充電機的額定輸出電流的時候，應(yīng)當(dāng)按照我國的《電動汽車充電樁設(shè)計規(guī)范》的相關(guān)要求來進行設(shè)計和施工，其具體規(guī)定如下 ：大充電電流的確定應(yīng)當(dāng)以充電的可靠性和安全性為基礎(chǔ)，以充電速度和設(shè)備的性價比為二參考，同時參考電動汽車動力電池來進行相應(yīng)的設(shè)計和制定。對于充電機而言，其直流額定電流應(yīng)選用10A、20A、50A、100A 的直流額定電流。充電器的直流電壓選擇范圍應(yīng)當(dāng)在150~350 V、300~500 V、450~700 V 以上幾種范圍中選擇。根據(jù)我國《電動汽車充電樁設(shè)計規(guī)范》的 中的具體規(guī)定 ：220 V 交流電壓為交流充電樁供電的標(biāo)準(zhǔn)，其額定電流應(yīng)該在32A 以下 [2]。220 V/380 V 為交流充電樁的供電水平，380 V 則屬于直流充電樁的供電水平。

5.2 確定充電樁的電源電壓

根據(jù)設(shè)計規(guī)范的相關(guān)具體規(guī)定可以得到 ：充電站在供電過程應(yīng)當(dāng)選擇相應(yīng)的中壓線路，在使用50 kVA 以下容量的的變壓器或100 kW 以下的用電裝置時，在供電過程中好是選擇低壓線路來進行供電。

5.3 安裝交流充電樁的相關(guān)電氣要求

交流充電樁的安裝要考慮到充電的方便程度來進行充電器位置的設(shè)置和安裝，并盡在選擇位置的過程中可能縮短充電器的輸出電纜。配電系統(tǒng)需要與接線端子連接，并在這一過程中要將空氣開關(guān)安裝在電源側(cè)。充電機的保護接地端子在接地過程中必須要確保其可靠性。在安裝充電機時，應(yīng)垂直安裝在垂直于地平面的垂直面上，并確保兩個方向的位置不會存在過5°的位置偏差。

5.4 選擇配電線纜

電力電纜的選擇一定要合乎相應(yīng)的使用環(huán)境，在中壓線路中，應(yīng)當(dāng)選用銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣類的電纜材料，若為低壓線路，既可以使用銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣電力線纜同時也可 以選用銅芯聚氯乙烯絕緣類的電力電纜。對于低壓三相的回 路而言，可選用五芯電纜，若是單相回路，則選用對應(yīng)的三芯電纜，且相線截面應(yīng)當(dāng)和電纜的中性線截面保持相同。在對充電站的電源進線進線篩選時，應(yīng)當(dāng)選擇安全性能較好的 電纜保護管以及阻燃電纜 [3]。

5.5 充電樁技術(shù)參數(shù)

充電樁相關(guān)的技術(shù)參數(shù)可參考下圖（表1）。  

 

6 充電設(shè)施的消防安全

在我國城市地下車庫同時停放燃料汽車、燃?xì)馄嚭碗妱悠嚨那闆r下，會產(chǎn)生許多新出現(xiàn)的消防措施不到位的問題，例如通常情況下這些車輛在停車過程中沒有*隔間。而這時再將充電樁系統(tǒng)設(shè)置在對應(yīng)的停車區(qū)域，便很容易出現(xiàn)消防安全上的一系列問題。這些停放的車輛可能有著漏氣或漏油的自身質(zhì)量問題，在發(fā)生靜電火花的情況下很容易引發(fā)火災(zāi)。如果電纜敷設(shè)不當(dāng)，充電過程中產(chǎn)生了短路事故，則也同樣會引起電弧火災(zāi)。因此根據(jù)相關(guān)消防安全規(guī)定，充電設(shè)施和以上三種車輛不得同時放置在同一地下車庫的*區(qū)域。 對于這些問題，可以用如下幾種方式來解決 ：合理選擇充電設(shè)施和電氣設(shè)備，滿足充電負(fù)荷要求，充電樁設(shè)施必須符合國家相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。要建立充電設(shè)施，首先要確保這些充電設(shè)備能夠安全運行并方便使用。充電電源不得顛簸或切斷，好使用阻燃銅芯作為電纜和電線。在條件允許的情況下，地下車庫可設(shè)置必要的*隔間，使電動汽車的充電裝置集中放置，以區(qū)分哪些燃料汽車是燃?xì)馄嚒８鶕?jù)*的區(qū)域不同，檢查一些關(guān)鍵的*區(qū)域。為保證我國地下車庫電動汽車充電設(shè)施的安全運行，國家應(yīng)盡快出臺相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，從規(guī)章制度上來避免火災(zāi)安全問題的發(fā)生。

7安科瑞限流式保護器的介紹與選型

7.1限流式保護器的設(shè)計

電氣*限流式保護器可有效克服傳統(tǒng)斷路器、空氣開關(guān)和監(jiān)控設(shè)備存在的短路電流大、切斷短路電流時間長、短路時產(chǎn)生的電弧火花大，以及使用壽命短等當(dāng)弊端，發(fā)生短路故障時，能以微秒級速度限制短路電流以實現(xiàn)滅弧保護，從而能顯著減少電氣火災(zāi)事故，**使用場所人員和財產(chǎn)的安全。

安科瑞ASCP200-1電氣*限流式保護器的主要元件是固態(tài)開關(guān)，不同于傳統(tǒng)家用的空氣開關(guān)（微斷）。我們知道，傳統(tǒng)空氣開關(guān)的斷開是一種機械運動過程，分?jǐn)鄷r間需要幾十毫秒(一般30～50ms)，帶負(fù)載斷開時通常伴隨有電弧的產(chǎn)生。而固態(tài)開關(guān)的斷開則是依靠半導(dǎo)體內(nèi)部的載流子運動實現(xiàn)，分?jǐn)鄷r間微秒級，速度快，無電弧產(chǎn)生。

如圖1所示，當(dāng)發(fā)生短路故障時，傳統(tǒng)空氣開關(guān)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(guān)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(guān)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(guān)與固態(tài)開關(guān)在短路時所釋放的能量差別可以達到數(shù)千倍之多。因此當(dāng)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(chǎn)生，從而有效降低了電氣火災(zāi)。

7.2 ASCP200-1功能特點

ASCP200-1型電氣*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(nèi)實現(xiàn)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(nèi)溫保護功能，保護器內(nèi)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(shè)）；

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

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

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(shù)據(jù)發(fā)送到安科瑞Acrel-6000安全云平臺，或三方監(jiān)控軟件或平臺，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

7.3 ASCP200-1技術(shù)參數(shù)





7.4應(yīng)用方案圖示 

ASCP200-1型電氣*限流式保護器建議安裝在入戶開關(guān)下端，額定電流值根據(jù)入戶開關(guān)的具體規(guī)格進行設(shè)置，典型應(yīng)用示意圖如圖2所示：

 

圖2 ASCP200-1家用*解決方案安裝示意圖

7.5使用注意事項

在選用限流式保護器時，限流式保護器的設(shè)定的額定電流應(yīng)該與其前上級的斷路器的額定電流保持一致。例如，當(dāng)限流式保護器輸入端斷路器的額定電流為32A時，應(yīng)將限流式保護器的額定電流設(shè)置為32A。為**限流式保護器的正常使用，嚴(yán)禁將其使用于與其**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(nèi)，應(yīng)確保安裝場所無滴水、腐蝕性化學(xué)氣體和沉淀物質(zhì)，并注意環(huán)境溫度和通風(fēng)散熱。

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

保護器內(nèi)部帶有交流電，嚴(yán)禁非人士擅自打開產(chǎn)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(fù)位按鍵約2秒鐘，使保護器恢復(fù)正常運行時。

當(dāng)保護器因溫而發(fā)生限流保護時，則可能是因為負(fù)載電流過大，環(huán)境溫度過高或通風(fēng)散熱不良等原因?qū)е?，可通過加強通風(fēng)等措施，等保護器溫度降下來后，再長按復(fù)位鍵，使保護器復(fù)位，恢復(fù)正常運行。

8 結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的不斷加強，我國經(jīng)濟已經(jīng)到達了經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵期，如何才能實現(xiàn)合理的經(jīng)濟結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，發(fā)展環(huán)境友好型綠色經(jīng)濟，走可持續(xù)發(fā)展道路，是我們所有參與社會建設(shè)的工作人員都需要考慮的。未來，我國在能源使用 上的發(fā)展方向一定是以綠色、環(huán)保為主基調(diào)的發(fā)展方向。隨著我國國民環(huán)保意識的不斷增加以及在政策的積引導(dǎo)下，綠色的新能源汽車將會隨著配套的充電系統(tǒng)完善越來越受到市場大眾的歡迎，因此我國電動汽車的發(fā)展有著為廣闊的前景，為此相關(guān)工作人員要對地下車庫中的配套電動汽車的充電設(shè)施進行科學(xué)合理的設(shè)計，以確保地下車庫的充電效率和充電安全，避免消防問題的發(fā)生。


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