胡冠楠

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 

【摘要】隨著(zhù)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(jìn)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增長(cháng)，對此，為了能夠較好實(shí)現我國的能源戰略，我國一些相關(guān)部門(mén)在許多城市進(jìn)行了新能源汽 車(chē)以及電瓶車(chē)方面的推廣，以此來(lái)減少我國汽車(chē)及基本出行方面的能源消耗。當前電動(dòng)汽車(chē)充電設施的建成為許多城市的電動(dòng)汽車(chē)或新能源汽車(chē)的推廣提供了條件基礎，而在這些基礎設施相應安置的過(guò)程中，仍然存在著(zhù)較多的消防安全隱患。

【關(guān)鍵詞】地下車(chē)庫 ；充電設施 ；安全問(wèn)題；短路滅弧

0前言

隨著(zhù)新能源汽車(chē)的不斷應用和推廣，相應的充電設施以 及充電服務(wù)站點(diǎn)配套設施需求也隨之擴大，其中，最主要的 充電設置點(diǎn)通常為城市中的建筑的地下車(chē)庫中，而這也帶來(lái)了一定的消防安全問(wèn)題。本文結合筆者自身實(shí)際工作經(jīng)驗，對電動(dòng)汽車(chē)充電設置在地下車(chē)庫環(huán)境中的部分安全問(wèn)題進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，并試提出了幾點(diǎn)解決方案。

1 地下車(chē)庫的充電設施系統介紹

地下車(chē)庫充電設施的組成部分主要包括服務(wù)系統、充電系統、計量計費系統、供電配電系統等部分。服務(wù)系統主要 提供能源管理、支付、本地充電監控等服務(wù)，方便上級在運營(yíng)管理服務(wù)系統中使用。充電系統主要是按照國家標準將預付卡和充電插頭插入充電樁中，方便向用戶(hù)和消費者提供預約充電和定時(shí)充電等功能，最后，計量計費系統是指充電樁內置的電度表，用來(lái)計算電量的使用和進(jìn)行相應的電費計算。

2 地下車(chē)庫充電設施設計規范和依據

地下車(chē)庫在充電設施方面的設計規范及依據當前已經(jīng)有許多被頒布的相應制度，如 ：GB50996—2014《電動(dòng)汽車(chē)充電樁設計規范》；GB50016-2014《建筑設計防火規范》等，這些規章都對地下車(chē)庫的充電設施設計做出了相應的安全要求和設計標準。

3 地下車(chē)庫充電裝置的類(lèi)型

當前我國的地下車(chē)庫充電設施大致可以分為兩類(lèi)，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(dòng)汽車(chē)提供電能 ；交流充電樁提供交流電能，主要為車(chē)載充電器提供電能。根據我國電網(wǎng)的相關(guān)規定，對于充電器的充電方式主要是一臺機器和一輛汽車(chē)相對應，盡可能少的去使用主從充電模式。對于地下車(chē)庫的充電設施，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(chē)位的末端 [1]。

4 定性負荷等級

地下車(chē)庫充電樁荷載等級的劃分可參照我國《車(chē)庫建筑設計規范》的相關(guān)規定進(jìn)行來(lái)進(jìn)行負荷等級的定性。如目標項目是大型或特大型車(chē)庫，應該按照一級負荷供電的標準進(jìn)行供電；如為中型車(chē)庫，那么供電方式應當高于二級負荷供電；如果是小型車(chē)庫，則應采用三級負荷供電。建筑物的電力負荷等級必須高于附屬車(chē)庫的供電負荷等級，這樣才能在保證供電能力的同時(shí)也保證相應的電力資源得到有效的使用。

5 設計供配電系統

5.1 確定好電流和電壓的規格

在選擇的輸出電流類(lèi)型為非車(chē)載充電機的額定輸出電流的時(shí)候，應當按照我國的《電動(dòng)汽車(chē)充電樁設計規范》的相關(guān)要求來(lái)進(jìn)行設計和施工，其具體規定如下 ：最大充電電流的確定應當以充電的可靠性和安全性為基礎，以充電速度和設備的性?xún)r(jià)比為第二參考，同時(shí)參考電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池來(lái)進(jìn)行相應的設計和制定。對于充電機而言，其直流額定電流應選用10A、20A、50A、100A 的直流額定電流。充電器的直流電壓選擇范圍應當在150~350 V、300~500 V、450~700 V 以上幾種范圍中選擇。根據我國《電動(dòng)汽車(chē)充電樁設計規范》的 中的具體規定 ：220 V 交流電壓為交流充電樁供電的標準，其額定電流應該在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

根據設計規范的相關(guān)具體規定可以得到 ：充電站在供電過(guò)程應當選擇相應的中壓線(xiàn)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(shí)，在供電過(guò)程中最好是選擇低壓線(xiàn)路來(lái)進(jìn)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(lái)進(jìn)行充電器位置的設置和安裝，并盡在選擇位置的過(guò)程中可能縮短充電器的輸出電纜。配電系統需要與接線(xiàn)端子連接，并在這一過(guò)程中要將空氣開(kāi)關(guān)安裝在電源側。充電機的保護接地端子在接地過(guò)程中必須要確保其可靠性。在安裝充電機時(shí)，應垂直安裝在垂直于地平面的垂直面上，并確保兩個(gè)方向的位置不會(huì )存在超過(guò)5°的位置偏差。

5.4 選擇配電線(xiàn)纜

電力電纜的選擇一定要合乎相應的使用環(huán)境，在中壓線(xiàn)路中，應當選用銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣類(lèi)的電纜材料，若為低壓線(xiàn)路，既可以使用銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣電力線(xiàn)纜同時(shí)也可 以選用銅芯聚氯乙烯絕緣類(lèi)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，則選用對應的三芯電纜，且相線(xiàn)截面應當和電纜的中性線(xiàn)截面保持相同。在對充電站的電源進(jìn)線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)篩選時(shí)，應當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

充電樁相關(guān)的技術(shù)參數可參考下圖（表1）。  

6 充電設施的消防安全

在我國城市地下車(chē)庫同時(shí)停放燃料汽車(chē)、燃氣汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)的情況下，會(huì )產(chǎn)生許多新出現的消防措施不到位的問(wèn)題，例如通常情況下這些車(chē)輛在停車(chē)過(guò)程中沒(méi)有防火隔間。而這時(shí)再將充電樁系統設置在對應的停車(chē)區域，便很容易出現消防安全上的一系列問(wèn)題。這些停放的車(chē)輛可能有著(zhù)漏氣或漏油的自身質(zhì)量問(wèn)題，在發(fā)生靜電火花的情況下很容易引發(fā)火災。如果電纜敷設不當，充電過(guò)程中產(chǎn)生了短路事故，則也同樣會(huì )引起電弧火災。因此根據相關(guān)消防安全規定，充電設施和以上三種車(chē)輛不得同時(shí)放置在同一地下車(chē)庫的防火區域。 對于這些問(wèn)題，可以用如下幾種方式來(lái)解決 ：合理選擇充電設施和電氣設備，滿(mǎn)足充電負荷要求，充電樁設施必須符合國家相應的標準。要建立充電設施，首先要確保這些充電設備能夠安全運行并方便使用。充電電源不得顛簸或切斷，最好使用阻燃銅芯作為電纜和電線(xiàn)。在條件允許的情況下，地下車(chē)庫可設置必要的防火隔間，使電動(dòng)汽車(chē)的充電裝置集中放置，以區分哪些燃料汽車(chē)是燃氣汽車(chē)。根據防火的區域不同，檢查一些關(guān)鍵的防火區域。為保證我國地下車(chē)庫電動(dòng)汽車(chē)充電設施的安全運行，國家應盡快出臺相關(guān)法規和標準，從規章制度上來(lái)避免火災安全問(wèn)題的發(fā)生。

7安科瑞限流式保護器的介紹與選型

7.1限流式保護器的設計

電氣防火限流式保護器可有效克服傳統斷路器、空氣開(kāi)關(guān)和監控設備存在的短路電流大、切斷短路電流時(shí)間長(cháng)、短路時(shí)產(chǎn)生的電弧火花大，以及使用壽命短等當弊端，發(fā)生短路故障時(shí)，能以微秒級速度快速限制短路電流以實(shí)現滅弧保護，從而能顯著(zhù)減少電氣火災事故，保障使用場(chǎng)所人員和財產(chǎn)的安全。

安科瑞ASCP200-1電氣防火限流式保護器的主要元件是固態(tài)開(kāi)關(guān)，不同于傳統家用的空氣開(kāi)關(guān)（微斷）。我們知道，傳統空氣開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)是一種機械運動(dòng)過(guò)程，分斷時(shí)間需要幾十毫秒(一般30～50ms)，帶負載斷開(kāi)時(shí)通常伴隨有電弧的產(chǎn)生。而固態(tài)開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)則是依靠半導體內部的載流子運動(dòng)實(shí)現，分斷時(shí)間微秒級，速度快，無(wú)電弧產(chǎn)生。

如圖1所示，當發(fā)生短路故障時(shí)，傳統空氣開(kāi)關(guān)在電流升至C點(diǎn)時(shí)才能動(dòng)作，且無(wú)法瞬時(shí)切斷電流，而固態(tài)開(kāi)關(guān)則可以在電流升至B點(diǎn)時(shí)即瞬間切斷短路電流。

圖1短路故障前后電流與時(shí)間關(guān)系圖

從流過(guò)電阻的電流熱量公式Q=I2Rt，可以很容易看出，傳統空氣開(kāi)關(guān)與固態(tài)開(kāi)關(guān)在短路時(shí)所釋放的能量差別可以達到數千倍之多。因此當裝配限流式保護器的回路發(fā)生短路故障時(shí)，就可以避免電弧的產(chǎn)生，從而有效降低了電氣火災。

7.2 ASCP200-1功能特點(diǎn)

ASCP200-1型電氣防火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(xiàn)路發(fā)生短路故障時(shí)，能在150微秒內實(shí)現快速限流保護；

B）過(guò)載保護功能，線(xiàn)路持續過(guò)載時(shí)，保護器限流保護；

C）表內超溫保護功能，保護器內部器件工作溫度過(guò)高時(shí)，保護器限流保護；

D）過(guò)/欠壓保護功能，線(xiàn)路欠壓或過(guò)壓時(shí)，保護器告警或限流保護（可設）；

E）電纜溫度監測功能，被測線(xiàn)纜溫度超過(guò)報警設定值時(shí)，保護器告警或限流保護（可設）；

F）漏電流監測功能，線(xiàn)路漏電超過(guò)報警設定值時(shí)，保護器告警或限流保護（可設）；

G）通訊功能，保護器配置1路RS485接口，1路2G無(wú)線(xiàn)通訊，可以將數據發(fā)送到安科瑞Acrel-6000安全云平臺，或第三方監控軟件或平臺，從而實(shí)現遠程監控。

7.3 ASCP200-1技術(shù)參數

7.4應用方案圖示 

ASCP200-1型電氣防火限流式保護器建議安裝在入戶(hù)開(kāi)關(guān)下端，額定電流值根據入戶(hù)開(kāi)關(guān)的具體規格進(jìn)行設置，典型應用示意圖如圖2所示：

圖2 ASCP200-1家用防火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(shí)，限流式保護器的設定的額定電流應該與其前上級的斷路器的額定電流保持一致。例如，當限流式保護器輸入端斷路器的額定電流為32A時(shí)，應將限流式保護器的額定電流設置為32A。為保障限流式保護器的正常使用，嚴禁將其使用于與其前端斷路器的額定電流不匹配的配電線(xiàn)路中。

ASCP200系列采用限流式保護器采用壁掛式安裝，可以?huà)靿Π惭b，也可以安裝在箱體內，應確保安裝場(chǎng)所無(wú)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(xiàn)時(shí)應按接線(xiàn)圖進(jìn)行，同時(shí)為了防止接頭處接觸電阻過(guò)大而導致局部過(guò)熱，也避免因接觸不良而導致保護器工作不正常，線(xiàn)頭應采用合適大小的U形冷壓頭壓接后，再插入保護器相應端子上并將螺釘擰緊壓實(shí)。

保護器內部帶有交流電，嚴禁非專(zhuān)業(yè)人士擅自打開(kāi)產(chǎn)品外殼。保護器在使用期間，若被保護線(xiàn)路發(fā)生短路或過(guò)載故障而被限流保護時(shí)，保護器仍處于帶電狀態(tài)，不允許隨意碰觸用電線(xiàn)路的金屬部分。待檢查線(xiàn)路，并排除故障后，長(cháng)按保護器的復位按鍵約2秒鐘，使保護器恢復正常運行時(shí)。

當保護器因超溫而發(fā)生限流保護時(shí)，則可能是因為負載電流過(guò)大，環(huán)境溫度過(guò)高或通風(fēng)散熱不良等原因導致，可通過(guò)加強通風(fēng)等措施，等保護器溫度降下來(lái)后，再長(cháng)按復位鍵，使保護器復位，恢復正常運行。

8 結語(yǔ)

隨著(zhù)我國經(jīng)濟建設的不斷加強，我國經(jīng)濟已經(jīng)到達了經(jīng)濟轉型的關(guān)鍵期，如何才能實(shí)現合理的經(jīng)濟結構轉型，發(fā)展環(huán)境友好型綠色經(jīng)濟，走可持續發(fā)展道路，是我們所有參與社會(huì )建設的工作人員都需要考慮的。未來(lái)，我國在能源使用 上的發(fā)展方向一定是以綠色、環(huán)保為主基調的發(fā)展方向。隨著(zhù)我國國民環(huán)保意識的不斷增加以及在政府政策的積極引導下，綠色的新能源汽車(chē)將會(huì )隨著(zhù)配套的充電系統完善越來(lái)越受到市場(chǎng)大眾的歡迎，因此我國電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展有著(zhù)極為廣闊的前景，為此相關(guān)工作人員要對地下車(chē)庫中的配套電動(dòng)汽車(chē)的充電設施進(jìn)行科學(xué)合理的設計，以確保地下車(chē)庫的充電效率和充電安全，避免消防問(wèn)題的發(fā)生。

參考文獻

[1] 傅明華 . 地下車(chē)庫電動(dòng)汽車(chē)充電設施電氣設計 [J]. 現代建筑電氣，2017，8（2）：47-48，66.

[2] 陳福全 . 關(guān)于地下車(chē)庫充電設施電氣設計及其安全問(wèn)題 [J]. 中國高新區，2017（15）：118-119.

[3] 劉 欣 . 地下車(chē)庫充電設施電氣設計及其安全問(wèn)題

[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊，2020.06版.