▎行业标准(能源局)NB/T33001-2010电动汽车非车载传导式充电机技术条件NB/T33002-2010电动汽车交流充电桩技术条件NB/T33008.1-2013电动汽车充电设备检验试验规范第1部分:非车载充电机NB/T33008.2-2013电动汽车充电设备检验试验规范第2部分:交流充电桩
▎企业标准(国家电网)Q/GDW1233-2014电动汽车非车载充电机通用要求Q/GDW1485-2014电动汽车交流充电桩技术条件Q/GDW1234.1-2014电动汽车充电接口规程第1部分:通用要求Q/GDW1234.2-2014电动汽车充电接口规程第2部分:交流充电接口Q/GDW1234.3-2014电动汽车充电接口规程第3部分:直流充电接口Q/GDW1591-2014电动汽车非车载充电机检验技术规范Q/GDW1592-2014电动汽车交流充电桩检验技术规范Q/GDW1235-2014电动汽车非车载充电机通信协议
2、充电桩的充电接口标准
▎充电桩接口的国家标准电压
▲充电桩常用插头
▎充电桩接口的国家标准有哪些
▎充电桩接口如何区分快慢充
例如,充电桩32a充电枪是快充,如何去区分呢?
★充电桩接口快充和慢充的区别:
慢充的充电电流和功率都相对比较小,对电池的使用寿命比较好,同时用电低峰的时候充电成本低。而快速充电需要使用较大的电流和功率,会对电池组产生很大的不利影响,对寿命也会有一定影响。
长期快充对于电池的寿命有一定的伤害的,所以必须要快慢充合理搭配。另外从安装成本和便利性来说,交流充电桩安装非常方便,它安装在停车场或充电站内,输入侧只需要从电网接入就好了,输出也只是交流,不需要配套整流装置等其他设备,结构简单同时桩体小。
从国家电网的角度来说,交流充电桩功率比较小,所以慢充对电网的冲击也小。随着电动汽车的规模进一步增大,假如多台直流大功率桩同时充电,对电网的压力就会增大很多,所以从电装建设角度来看,不能不要慢充了。汽车对快充桩本身也有要求,一些车型的最高输出电压需超过475V才可以正常充电,而很多小区的变压器和线路容量有限了,也不可能都建设成快充。
3、充电桩的国家标准插口
具体如下:
一、交流式
▎交流充电桩(栓)技术要求:
▲1、环境条件要求
①工作环境温度:-20℃~+50℃;
②相对湿度:5%~95%;
③海拔高度:≤1000m;
④安装地点:户外;
⑤抗震能力:地面水平加速度0.3g;
⑦设备应能承受同时作用持续三个正弦波,并且安全系数应大于1.67;
▲2、结构要求
①交流充电桩(栓)壳体应坚固;
②结构上须防止手轻易触及露电部分;
③交流充电桩(栓)应选用厚度1.0以上钢组合结构,表面采用浸塑处理,并充分考虑散热的要求。充电桩(栓)应有良好的防电磁干扰的屏蔽功能;
④充电桩(栓)应有足够的支撑强度,应提供必要设施,以保证能够正确起吊、运输、存放和安装设备,且应提供地脚螺栓孔;
⑤桩(栓)体底部应固定安装在高于地面不小于200mm的基座上。基座面积不应大于500mm×500mm;
⑥桩(栓)体外壳应采用抗冲击力强、防盗性能好、抗老化的材质;
⑦非绝缘材料外壳应可靠接地;
▲3、电源要求
①输入电压:单相220V;
②输出功率:单相220V/5KW;
③频率:50Hz±2Hz;
④允许电压波动范围为:单相220V±15%;
①插头与插座正确连接确认成功后,带负载可分合电路方可闭合,实现对插座的供电;
②漏电保护装置应安装在供电电缆进线侧;
⑤照明配电系统中,照明和插座回路不宜由同一回路供电。插座回路的电源侧应设置剩余电流动作保护装置,其额定动作电流为30mA;
▲5、安全防护功能
①交流充电桩(栓)应具备急停开关,可通过手动或远方通信的方式紧急停止充电;
②交流充电桩(栓)应具备输出侧的漏电保护功能;
③交流充电桩(栓)应具备输出侧过流和短路保护功能;
④交流充电桩(栓)应具有阻燃功能;
▲6、IP防护等级
交流充电桩(栓)应遵守IP54(在室外),并配置必要的防雨、防晒装置;
▲7、三防(防潮湿,防霉变,防盐雾)保护
▲8、防锈(防氧化)保护
充电桩(栓)铁质外壳和暴露在外的铁质支架、零件应采取双层防锈措施,非铁质的金属外壳也应具有防氧化保护膜或进行防氧化处理;
▲9、防风保护
▲10、防盗保护
电桩(栓)外壳门应装防盗锁,固定交流充电桩(栓)的螺栓必须在打开外壳门后方能安装或拆卸;
▲11、温升要求
MTBF应不小于8760h;
▲13、安装垂直倾斜度不超过5%;
▲14、设备安装地点不得有爆炸危险介质
周围介质不含有腐蚀金属和破坏绝缘的有害气体及导电介质
▎二、直流式
2、充电桩(栓)应满足充电对象;
3、充电桩(栓)输出为直流电,输出电压满足充电对象的电池制式要求;
4、最大输出电流满足充电对象的电池制式1C的充电要求,并向下兼容;
5、充电方式分为常规和快速2种方式,常规为5小时充电方式,快速为1小时充电方式(针对不同电池类型选择);
10、充电桩(栓)对充电过程中的非正常状态应具备相应的报警和保护功能;
11、充电桩(栓)对电池的状态要监控,根据电池的温度,电压对充电曲线,充电电流,充电压自动调整;
12、充电桩(栓)采用强制风冷;
13、充电桩(栓)防护等级符合《GB4208-1993外壳防护等级(IP代码)》IP54要求;
4、充电桩之间有区别
从工作方式上,主要可以分为交流充电与直流充电两种。
采用交流充电方式的充电桩是将电网输出的交流电充入车载充电机,转化为直流电后再充入汽车电池。
充电功率:一般以7kW居多,国内最大功率可以达到14kW左右
外观:通常体积比较小,枪头一般为7孔
采用直流充电方式的充电桩利用交直流转换模块直接将交流电转化为直流电充入汽车电池。
充电功率:可达到60kW、120kW、300kW,甚至更高
外观:内部组成模块比较多,体积比较大,枪头一般为9孔
直流充电桩因其体积较大,导线更粗,成本也更高,多应用于城市公共充电设施以及城际间高速服务区的充电站。
5、充电桩是如何精准计费
1
外观及功能检查
主要检查充电桩的外观、标识、显示、基本功能是否符合相应技术规范要求。
2
工作误差检定
主要检查充电的电量是否准确。误差应在铭牌标示的准确度范围内。充电桩的准确度等级一般为1级或者2级,允许的误差范围分别为±1%或者±2%。
3
6、充电桩使用安全
直流充电桩在工作时,电压最高可达到1kV,远高于我们日常生活中接触到的电压。但是也不用过分担心,因为充电桩有三重安全保护机制。
第1重
充电桩通常具备IP56等级的防护功能,即5级防尘和6级防水,达到防尘与猛烈喷水下的防护效果。
第2重
第3重
充电桩基本都安装了防雷装置。该装置可以有效防止雷击造成的设备损坏及人员伤亡。
此外,充电桩在醒目位置均安装了急停开关。紧急情况下,按下急停开关按钮,电力输出会在约100ms内被迅速切断,停止充电。
7、充电站建设重点---接地系统
有人问:为什么回路电流走零线不走地线,而漏电流走地线不走零线,零线地线原理是什么?
如图所示,一直搞不清楚地线和零线的原理,地线的两端分别是什么,保护中性线的两端是什么。漏电流为什么走的地线而回线的电流不走地线?
这个问题很有典型,对保护中性线错误的认识表述很到位,的确是许多人的认知盲区。零线的准确名称是保护中性线。
先说答案:这个主题本身就是错的。要知道,保护中性线是中性线与地线的合并线,保护中性线包括了地线功能在内。
那应该怎么看?我们看图1:
注意到图1中还未出现保护中性线,只有三条相线L1/L2/L3,以及三条相线的中性线N。三条相线对N线的电压均为220V,相线之间的电压则为380V。
注意到一个事实,当三相平衡时,中性线总线上的电压和电流有如下特性:
在图1中,具有此特性的只有标注了N字样的中性线总线,而中性线支线是不具有此特性的。
对于中性线支线来说,流过中性线的电流与相线电流大小相等方向相反。
我们再来看图1。图1中的中性线发生了断裂,于是在断裂点的前方,中性线的电压依旧为零,但断裂点的后方若三相平衡时,它的电压为零;但若三相不平衡,则断裂点后方的中性线电压会上升,最高会升到相电压。
事实上,我们发现,只要三相不平衡,尽管中性线并未断裂,但中性线的电压也会上升。
我们看图2和图3:
图2中,在变压器的中性点做了接地,此接地在国家标准和规范中,被称为系统接地。注意,这里的接地符号是接大地的意思。
系统接地的意义有两个:
第一个意义:系统接地使得变压器的中性线的电位被强制性地钳制在大地的零点位;
第二个意义:给系统的接地电流提供了一条通道;
值得注意的是:图2中的N线因为有了工作接地,所以它的符号也变了,变成PEN,也就是题主主题中的保护中性线。
保护中性线在这里,保护优先于中性线功能。
通过前面的论述我们已经知道,若保护中性线断裂,由于保护性中性线具有中性线功能,所以断裂点后部的保护性中性线电压可能会上升。
事实上,保护性中性线断裂点后部的由电压完全由下式决定:
同理,我们可以看到保护性中性线断裂点后部的电流也与三相不平衡有关。
再看图3,我们发现保护性中性线PEN中采取多点接地的方法,以避免出现保护性中性线断裂点后部电压上升的情况。
注意哦,图2对应的接地系统叫做TN-C,而图3对应的接地系统叫做TN-C-S。
看到现在,我们可以回答问题了。
我们来看图4:
零线的准确名称是保护中性线
图4中,变压器中性点接地,而用电设备的外壳直接接地。
正常运行时,我们看到,用电设备的外壳根本就不会有任何电流流过。
现在,我们来分析L3相对用电设备的外壳发生碰壳事故的情况。
其次,我们需要知道保护性中性线电缆的电阻是多少。这个值可以根据具体线路参数来考虑。方便起见,不妨先规定这条保护性中性线电缆的长度是100米,电缆芯线截面是16平方毫米,它的工作温度是30摄氏度,则它的电阻为:
有了这两个数据,我们就可以来进行实际计算了。
我们看图4的下图,我们发现当L3相对用电设备的外壳短路时,保护性中性线中有电流流过,地网中也有电流流过。
注意到保护性中性线电阻和地网电阻其实是并联的,按照中学的电学物理知识,我们知道并联电路的电流与电阻的阻值成反比,也即:
由此推得:
由式1我们看到,地网电流与保护性中性线电阻和地网电阻的比值有关。我们把接地极电阻按4欧取值,把具体参数代入,得到地网电流为:
即便我们按工程惯例接地极电阻取为0.8欧,得到地网电流为:
也就是说,地网电流只相当于保护性中性线电流的3%~15%而已!我们取为中间值,则地网电流只有保护性中性线电流的6%。
现在,我来提个问题:
用电设备的外壳发生碰壳故障后,地网电流如此之小,与保护性中性线电流相比,几乎可以忽略不计,那么用电设备的外壳带电将长期存在。如此一来,必然会出现人身伤害事故。
那么,在实际接线中,我们是如何来保护人身安全的?
国际电工委员会IEC提出了解决方案,这就是接地系统。
在具体描述之前,我们先明确几个概念:
第一个概念,什么叫做系统接地或者工作接地?
系统接地(工作接地))指的是电力变压器中性点接地,用T来表示,没有就用I来表示。
第二个概念,什么叫做保护接地?
保护接地指的是用电设备的外壳直接接地,用T表示。若外壳接到来自电源的保护性中性线或者地线,则用N表示。
第三个概念,什么叫做接地形式?
接地形式有三种,分别是TN、TT和IT。TN下又分为TN-C、TN-S和TN-C-S。
知晓这几个概念后,我们来看看IEC给出的有关TN-C和TT系统的原图。注意,这两幅图是不容置疑的,是有关接地系统的权威解释。
第一幅图:TN-C接地系统和TN-S系统
由于电路中有系统接地,但负载外壳没有直接接地,而是通过保护性中性线PEN间接接地,所以该接地系统叫做TN-C。
图中左上角就是变压器低压侧绕组,我们看到它引出了三条相线L1/L2/L3和一条PEN保护性中性线。注意到保护性中性线的左侧有两次接地,第一次在变压器的中性点,这叫做系统接地,第二次在中间某处,叫做重复接地。重复接地的意义就是防止保护性中性线断裂后其后部保护性中性线的电压上升。
值得注意的是负载。我们看到中间的负载PEN首先引到外壳,然后再引到保护性中性线接线端子。这说明,保护性中性线PEN是保护优先的。
值得注意的是:我们在前面已经描述过了,当发生单相接地故障时,流经地网的电流实际上只有N线电流的6%左右。因此,TT系统下发生的单相接地故障电流相对TN要小得多。
有了接地系统的解释,我们就可以回答问题了。
1.需要适当地放大接地电流
适当地放大接地电流,使得用电设备的前接断路器可以执行过电流保护操作,这就是具有大接地电流的TN系统。
2.加装漏电保护装置RCD。
我们来看图5:
图5中,我们看到变压器的中性点直接接地,然后分开为N和PE,并且PE一直延伸到负载侧并接到用电设备的外壳上。所以,此接地方式属于TN-S接地系统。
当用电设备发生碰壳事故后,PE线的电阻当然小于地网电阻,并且PE的最前端还与N线相连,接地电流被放大到接近相对N的短路电流,则距离用电设备最近的上游断路器会执行过电流跳闸保护。
图5中,我们还看到从二级配电用四芯电缆引了三条相线和N线到负载侧,PE线被切断了,而用电设备的外壳直接接地。于是当用电设备发生碰壳事故后,接地电流只能通过地网返回电源。此接地方式属于TN-S下的TT接地系统。
由于TT下通过地网的接地电流很小,所以IEC和国家标准都规定了必须安装漏电保护装置RCD。
RCD的原理如下:
未发生单相接地故障时,三相电流合并N线电流后的相量和为零。当发生漏电后,某相电流会增加,并且漏电流经过地网返回电源,则N线电流依然与先前一致。于是,零序电流互感器的磁路中会出现磁通,其测量绕组中当然会出现电流,并驱动检测和控制部件使得前接断路器执行漏电保护动作。
RCD的动作电流可以在30毫安以下,有效地保护了人身安全。
8、电缆敷设及截面积选择
如下为截取国际电工委员会IEC60364-5-523标准电缆载流量建议
注:1.D1/D2为电缆敷设方式,如下说明:
2.PVC:聚氯乙烯含氯.高温分解会有氯产生,低温环境下使用
PE线:保护接地导体的最小截面积
注:其中S为相线的横截面积
如下表所示。
注:输入铜芯线缆截面建议选自国际电工委员会IEC60364-5-523标准
该表只是建议参数,实际情况选择请按照产品供应商提供的安全参数为准
【延伸阅读】电力基础名词
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电压
电压,也称作电势差或电位差,是衡量单位电荷在静电场中由于电势高低不同所产生的能量差的物理量。此概念与水位高低所造成的“水压”相似。电压是推动电荷定向移动形成电流的原因。电流之所以能够在导线中流动,也是因为在电流中有着高电势和低电势之间的差别。这种差别叫电势差,也叫电压。
换句话说,在电路中,任意两点之间的电位差称为这两点的电压。通常用字母U代表电压。单位是伏特(V),简称伏,用符号V表示1kV=1000V;
注:电压(U)单位是kV(k小写,V大写)
电流
通常用字母I表示,电流单位是A(安培),有A(安),kA(千安),mA(毫安);1kA=1000A,1A=1000mA。
注:电流(I)单位是kA,mA中,k,m为小写,A大写
电量
单位:千瓦时kW·h,兆瓦时MW·h。
注:电量单位是kWh(k小写,W大写,h小写),MWh(M大写,W大写,h小写)
直流电
交流电
功率
功率单位:W(大写英文字母W)
kW(k为小写,W为大写)
MW(均是大写字母)
1MW=1000kW
1kW=1000W。
有功功率
是指保持用电设备正常运行所需的电功率,也就是将电能转换为其他形式能量(机械能、光能、热能)的电功率;或者是电路中被纯电阻部分所消耗的功率,单位是W。(比如:5.5千瓦的电动机就是把5.5千瓦的电能转换为机械能,带动水泵抽水或脱粒机脱粒;各种照明设备将电能转换为光能,供人们生活和工作照明。有功功率的符号用P表示。
单位:瓦(W)、千瓦(kW)、兆瓦(MW)。)
注:有功功率单位是W(大写),kW(k小写,W大写),MW(M,W均为大写)
无功功率
交流电在通过纯电阻的时候,电能都转成了热能,消耗有功功率,而在通过纯容性或者纯感性负载的时候,并不做功,消耗的功率为无功功率。
无功功率是用于电路内电场与磁场的交换,并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功,而是转变为其他形式的能量。
凡是有电磁线圈的电气设备,要建立磁场,就要消耗无功功率。(比如:40瓦的日光灯,除需40多瓦有功功率(镇流器也需消耗一部分有功功率)来发光外,还需80瓦左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。
由于它不对外做功,才被称之为“无功”。无功功率的符号用Q表示,单位为乏(var)或千乏(kvar)。)
无功功率不是无用功率,它的用处很大。电动机的转子磁场就是靠从电源取得无用功率建立的。
变压器也同样需要无功功率,才能使变压器的一次线圈产生磁场,在二次线圈感应出电压。因此,没有无功功率,电动机就不会转动,变压器也不能变压,交流接触器不会吸合。
为了形象地说明问题,现举一个例子:农村修水利需要挖土方运土,运土时用竹筐装满土,挑走的土好比是有功功率,挑空竹筐就好比是无功功率,竹筐并不是没用,没有竹筐泥土怎么运到堤上呢?
注:无功功率(Q)单位是var(v,a,r均为小写),kvar(k小写,v小写,a小写,r小写)。
视在功率
为以示区别,视在功率不用瓦特(W)为单位,而用伏安(VA)或千伏安(kVA)为单位。在电力系统中,视在功率反映设备的容量,电气设备额定电压与额定电流的乘积就是该设备的容量。
注:视在功率(S)单位是VA(V,A均为大写),kVA(k小写,V,A大写)
S=UI
小知识:电压kV为什么k要小写?
1、国际标准的计量单位一般用小写。仅使用在涉及以名字命名的单位,比如伏特V、安培A、开尔文K、瓦特W等,为了表示对科学家前辈的尊重,就用大写,其余的非以人名命名的单位一般用小写。这里解释了为何V是大写。
2、对于量词,一般初始量级用小写。如果相同字母,大小写往往区分不同数量级,例如mΩ、MΩ,小写m表示1×10^-3;而大写M表示1×10^6。所以这里的k表示1×10^3,应采用小写。(也许这个小写k还是为了与K(开尔文)进行区分)综上,可以发现kV应当是k小写,V大写。
3、即使全部大写,人家都能看得懂。从学术上来说,国家标准中是怎么样用,我们就要按照标准来书写。
▲伏特V
亚历山德罗·伏特,意大利著名物理学家,1800年发明“伏打电堆”而著名,1827年3月5日,伏特去世,终年八十二岁。为了纪念他,人们将电动势单位取名伏特。
▲安培A
安德烈·玛丽·安培,法国著名物理学家、化学家和数学家。安培在1820~1827年对电磁作用的研究成就卓著,被誉为“电学中的牛顿”为了纪念他,电流的国际单位即以其姓氏命名。