淺談限流式保護(hù)器在地下車庫(kù)充電設(shè)施電氣設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

 李婧婧

安科瑞電氣股份有限公司 

【摘要】隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，經(jīng)濟(jì)總量的不斷提升以及科學(xué)技領(lǐng)域的不斷進(jìn)步，我國(guó)人民生活水平日益提高，對(duì)于能源的消耗和需求水平也相應(yīng)增長(zhǎng)，對(duì)此，為了能夠較好實(shí)現(xiàn)我國(guó)的能源戰(zhàn)略，我國(guó)一些相關(guān)部門在許多城市進(jìn)行了新能源汽 車以及電瓶車方面的推廣，以此來(lái)減少我國(guó)汽車及基本出行方面的能源消耗。當(dāng)前電動(dòng)汽車充電設(shè)施的建成為許多城市的電動(dòng)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(kù) ；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(diǎn)配套設(shè)施需求也隨之?dāng)U大，其中，最主要的 充電設(shè)置點(diǎn)通常為城市中的建筑的地下車庫(kù)中，而這也帶來(lái)了一定的消防安全問題。本文結(jié)合筆者自身實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)電動(dòng)汽車充電設(shè)置在地下車庫(kù)環(huán)境中的部分安全問題進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，并試提出了幾點(diǎn)解決方案。

1 地下車庫(kù)的充電設(shè)施系統(tǒng)介紹

地下車庫(kù)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(jì)量計(jì)費(fèi)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(jí)在運(yùn)營(yíng)管理服務(wù)系統(tǒng)中使用。充電系統(tǒng)主要是按照國(guó)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(fèi)者提供預(yù)約充電和定時(shí)充電等功能，最后，計(jì)量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)是指充電樁內(nèi)置的電度表，用來(lái)計(jì)算電量的使用和進(jìn)行相應(yīng)的電費(fèi)計(jì)算。

2 地下車庫(kù)充電設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范和依據(jù)

地下車庫(kù)在充電設(shè)施方面的設(shè)計(jì)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(dòng)汽車充電樁設(shè)計(jì)規(guī)范》；GB50016-2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》等，這些規(guī)章都對(duì)地下車庫(kù)的充電設(shè)施設(shè)計(jì)做出了相應(yīng)的安全要求和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

3 地下車庫(kù)充電裝置的類型

當(dāng)前我國(guó)的地下車庫(kù)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(dòng)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(guó)電網(wǎng)的相關(guān)規(guī)定，對(duì)于充電器的充電方式主要是一臺(tái)機(jī)器和一輛汽車相對(duì)應(yīng)，盡可能少的去使用主從充電模式。對(duì)于地下車庫(kù)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(jí)

地下車庫(kù)充電樁荷載等級(jí)的劃分可參照我國(guó)《車庫(kù)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行來(lái)進(jìn)行負(fù)荷等級(jí)的定性。如目標(biāo)項(xiàng)目是大型或特大型車庫(kù)，應(yīng)該按照一級(jí)負(fù)荷供電的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行供電；如為中型車庫(kù)，那么供電方式應(yīng)當(dāng)高于二級(jí)負(fù)荷供電；如果是小型車庫(kù)，則應(yīng)采用三級(jí)負(fù)荷供電。建筑物的電力負(fù)荷等級(jí)必須高于附屬車庫(kù)的供電負(fù)荷等級(jí)，這樣才能在保證供電能力的同時(shí)也保證相應(yīng)的電力資源得到有效的使用。

5 設(shè)計(jì)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(jī)的額定輸出電流的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)按照我國(guó)的《電動(dòng)汽車充電樁設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)要求來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，其具體規(guī)定如下 ：最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(jià)比為第二參考，同時(shí)參考電動(dòng)汽車動(dòng)力電池來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)和制定。對(duì)于充電機(jī)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(guó)《電動(dòng)汽車充電樁設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)，在供電過程中最好是選擇低壓線路來(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(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(jī)的保護(hù)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(jī)時(shí)，應(yīng)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(shí)也可 以選用銅芯聚氯乙烯絕緣類的電力電纜。對(duì)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(duì)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(duì)充電站的電源進(jìn)線進(jìn)線篩選時(shí)，應(yīng)當(dāng)選擇安全性能較好的 電纜保護(hù)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(guó)城市地下車庫(kù)同時(shí)停放燃料汽車、燃?xì)馄嚭碗妱?dòng)汽車的情況下，會(huì)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防火隔間。而這時(shí)再將充電樁系統(tǒng)設(shè)置在對(duì)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(huì)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(shí)放置在同一地下車庫(kù)的防火區(qū)域。 對(duì)于這些問題，可以用如下幾種方式來(lái)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(guó)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(yùn)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。在條件允許的情況下，地下車庫(kù)可設(shè)置必要的防火隔間，使電動(dòng)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?。根?jù)防火的區(qū)域不同，檢查一些關(guān)鍵的防火區(qū)域。為保證我國(guó)地下車庫(kù)電動(dòng)汽車充電設(shè)施的安全運(yùn)行，國(guó)家應(yīng)盡快出臺(tái)相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，從規(guī)章制度上來(lái)避免火災(zāi)安全問題的發(fā)生。

7安科瑞限流式保護(hù)器的介紹與選型

7.1限流式保護(hù)器的設(shè)計(jì)

電氣防火限流式保護(hù)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(shí)間長(zhǎng)、短路時(shí)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(shí)，能以微秒級(jí)速度快速限制短路電流以實(shí)現(xiàn)滅弧保護(hù)，從而能顯著減少電氣火災(zāi)事故，保障使用場(chǎng)所人員和財(cái)產(chǎn)的安全。

安科瑞ASCP200-1電氣防火限流式保護(hù)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(jī)械運(yùn)動(dòng)過程，分?jǐn)鄷r(shí)間需要幾十毫秒(一般30～50ms)，帶負(fù)載斷開時(shí)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(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，分?jǐn)鄷r(shí)間微秒級(jí)，速度快，無(wú)電弧產(chǎn)生。

如圖1所示，當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí)，傳統(tǒng)空氣開關(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(shí)所釋放的能量差別可以達(dá)到數(shù)千倍之多。因此當(dāng)裝配限流式保護(hù)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(zāi)。

7.2 ASCP200-1功能特點(diǎn)

ASCP200-1型電氣防火限流式保護(hù)器是單相限流式保護(hù)器，較大額定電流為63A。主要功能如下:

A）短路保護(hù)功能，線路發(fā)生短路故障時(shí)，能在150微秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速限流保護(hù)；

B）過載保護(hù)功能，線路持續(xù)過載時(shí)，保護(hù)器限流保護(hù)；

C）表內(nèi)超溫保護(hù)功能，保護(hù)器內(nèi)部器件工作溫度過高時(shí)，保護(hù)器限流保護(hù)；

D）過/欠壓保護(hù)功能，線路欠壓或過壓時(shí)，保護(hù)器告警或限流保護(hù)（可設(shè)）；

E）電纜溫度監(jiān)測(cè)功能，被測(cè)線纜溫度超過報(bào)警設(shè)定值時(shí)，保護(hù)器告警或限流保護(hù)（可設(shè)）；

F）漏電流監(jiān)測(cè)功能，線路漏電超過報(bào)警設(shè)定值時(shí)，保護(hù)器告警或限流保護(hù)（可設(shè)）；

G）通訊功能，保護(hù)器配置1路RS485接口，1路2G無(wú)線通訊，可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到安科瑞Acrel-6000安全云平臺(tái)，或第三方監(jiān)控軟件或平臺(tái)，從而實(shí)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型電氣防火限流式保護(hù)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(jìn)行設(shè)置，典型應(yīng)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(xiàng)

在選用限流式保護(hù)器時(shí)，限流式保護(hù)器的設(shè)定的額定電流應(yīng)該與其前上級(jí)的斷路器的額定電流保持一致。例如，當(dāng)限流式保護(hù)器輸入端斷路器的額定電流為32A時(shí)，應(yīng)將限流式保護(hù)器的額定電流設(shè)置為32A。為保障限流式保護(hù)器的正常使用，嚴(yán)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路中。

ASCP200系列采用限流式保護(hù)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(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，接線時(shí)應(yīng)按接線圖進(jìn)行，同時(shí)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(hù)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(hù)器相應(yīng)端子上并將螺釘擰緊壓實(shí)。

保護(hù)器內(nèi)部帶有交流電，嚴(yán)禁非專業(yè)人士擅自打開產(chǎn)品外殼。保護(hù)器在使用期間，若被保護(hù)線路發(fā)生短路或過載故障而被限流保護(hù)時(shí)，保護(hù)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(zhǎng)按保護(hù)器的復(fù)位按鍵約2秒鐘，使保護(hù)器恢復(fù)正常運(yùn)行時(shí)。

當(dāng)保護(hù)器因超溫而發(fā)生限流保護(hù)時(shí)，則可能是因?yàn)樨?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(qiáng)通風(fēng)等措施，等保護(hù)器溫度降下來(lái)后，再長(zhǎng)按復(fù)位鍵，使保護(hù)器復(fù)位，恢復(fù)正常運(yùn)行。

8 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷加強(qiáng)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)已經(jīng)到達(dá)了經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵期，如何才能實(shí)現(xiàn)合理的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，發(fā)展環(huán)境友好型綠色經(jīng)濟(jì)，走可持續(xù)發(fā)展道路，是我們所有參與社會(huì)建設(shè)的工作人員都需要考慮的。未來(lái)，我國(guó)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(guó)國(guó)民環(huán)保意識(shí)的不斷增加以及在政府政策的積極引導(dǎo)下，綠色的新能源汽車將會(huì)隨著配套的充電系統(tǒng)完善越來(lái)越受到市場(chǎng)大眾的歡迎，因此我國(guó)電動(dòng)汽車的發(fā)展有著極為廣闊的前景，為此相關(guān)工作人員要對(duì)地下車庫(kù)中的配套電動(dòng)汽車的充電設(shè)施進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，以確保地下車庫(kù)的充電效率和充電安全，避免消防問題的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1] 傅明華 . 地下車庫(kù)電動(dòng)汽車充電設(shè)施電氣設(shè)計(jì) [J]. 現(xiàn)代建筑電氣，2017，8（2）：47-48，66.

[2] 陳福全 . 關(guān)于地下車庫(kù)充電設(shè)施電氣設(shè)計(jì)及其安全問題 [J]. 中國(guó)高新區(qū)，2017（15）：118-119.

[3] 劉 欣 . 地下車庫(kù)充電設(shè)施電氣設(shè)計(jì)及其安全問題

[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)，2020.06版.

作者簡(jiǎn)介：李婧婧，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要從事電氣防火限流式保護(hù)器的研發(fā)與應(yīng)用。