电动汽车充电站雷电防护问题分析

　　摘要：充电站是电动汽车充电的重要设备，需要做好充电站全面系统防雷工作，确保设备运行稳妥。本文从电动汽车充电站雷电安全防护角度出发，利用防雷技术原理和电动汽车充电站自身特性，就系统内外各层面详细阐述防直击雷防护、接地系统以及等电位连接方法。

　　引言

　　以石油为燃料的传统汽车普及率提高造成全球能源危机的加深，石油资源日渐枯竭，同时大气污染加重。电动汽车的环保性强，是未来汽车生产的热门方向，其电池组体积大、质量重、不便于日常随意更换，电动汽车充电站用于解决电能量补给问题，无需装卸电池，可提高电动汽车动力电池的使用寿命。在实际应用中大部分充电桩都在户外，户外供电线路极易遭受感应雷浪涌冲击，一旦感应雷侵入造成充电桩被雷电击坏，导致车辆无法充电影响正常使用，如果汽车正在充电，后果会更严重，因此电动汽车充电站雷电防护十分必要。

　　1.河源市电动车充电站现状

　　随着新能源汽车保有量不断增加，电动汽车能量补给装置充电桩在河源市普及，并且逐步实现了市辖充电设施全覆盖的目标。目前全市已建好投运的新能源汽车充电站点有112 个，充电桩600 台，主要分布于高速公路服务区、车站、公园、行政事业单位、乡镇广场、旅游景区等公共停车区域，让市民充电更加方便快捷。其中交流充电桩产品功率为7 千瓦，主要应用于住宅、商场等场所，满足慢速充电场景需求；直流充电机功率为 60 至120 千瓦，应用于集中式大型充电站场，可满足快速充电场景需求。全市将继续加快充电桩建设布局，全力打造智慧、便捷、安全的充电基础设施网络，并在资金扶持、用地支持、用电报装等方面进一步加大政策支持力度，满足群众日益增长的新能源汽车充电需求。

　　2.汽车充电站结构原理

　　充电站通常配备多台直流充电机和交流充电桩。根据使用场地不同，又分为平面充电站和立体充电站。平面充电站一般建于土地资源相对宽阔地点；立体充电站通常建在人口密集的居民区、商业区或立体停车库，占地面积小，空间利用率高。充电桩拥有特殊充电接口以电流物质迁移方式为电动汽车充能，固定于地面或墙壁上，根据不同电压等级为各种型号的电动汽车充电。充电桩输入端与交流电网直接连接，输出端都装有充电插头用于为电动汽车充电。充电桩一般提供常规充电和快速充电两种充电方式，人们可以使用特定充电卡在充电桩提供的人机交互操作界面上刷卡使用，进行相应充电方式、充电时间、费用数据打印等选择性操作，充电桩显示屏能显示充电量、费用、充电时间等数据。充电站内部包括供电系统、充电设备和运行维护系统三部分。

　　3.充电站防雷设计

　　3.1 直击雷防护

　　预放电避雷针保护范围大、耐腐蚀能力强、且免维护重量轻等，比传统避雷针更适合充电站，雷电发生闪击后，预放电避雷针通过阻抗变换器能有效将雷电流减弱并安全入地，避免传统避雷针接闪后的强电流入地产生的二次效应，减弱雷电流入地出现的反击和强电磁干扰产生的感应过电压。由于充电站内充电桩分布较散，所以最好将充电桩布设在高大建筑物或构造物附近，并在建筑物或构造物上安装预放电接闪器，避雷针安装时各部件间要连接可靠。安装完成后，各连接处或金属表面涂镀层有损伤处应做好防锈处理。避雷针应通过引下线与女儿墙上的避雷带或地网连接，要求接地电阻值小于10Ω。土壤电阻率高的地区，可适当放宽接地电阻要求。避雷针投入使用后，每年雷雨季前应进行检查各连接部位连接是否牢固，引下线与接地系统连接是否可靠。

　　3.2 电源防护系统

　　约有八成雷击事故均有电源引入，因此电动汽车充电站电源防雷保护需要格外注意。第一级保护对直接雷击泄放目的是防止浪涌电压直接从LPZ0 区域进入LPZ1 区域，因此需要将高达数万伏的浪涌电压限制在 2000-3000 伏。可将电源防雷器布设于入户电力变压器低压侧。低压配电总电源处安装Ⅰ类电源浪涌保护器，低压分配电箱处安装Ⅱ类电源浪涌保护器，充电桩设备入口端安装Ⅱ类或Ⅲ类浪涌保护器，浪涌保护器可根据需要安装外部脱离装置。电压开关型浪涌保护器和限压型之间长度应＞ 10cm，当＜10cm 时应加装退耦元件。限压型浪涌保护器之间线路长度应＞5cm，当不足5cm 时则应加装退耦元件，当浪涌保护器具有能量自动配合功能时，其相距线路长度不受限制。进入充电桩数据采集、控制、信号等线路入口端应装设相应信号浪涌保护器。

　　3.3 防雷等电位连接

　　由于充电站计费刷卡及监控等系统属弱电设备系统，因此雷雨天气易有雷电过电压沿配电线路和通信线路侵害设备，此外通过地电位反击也能使设备之间产生巨大电位差，当设备之间空气间隙击穿后，设备会被直接雷电损坏。充电站电源系统接地形式宜采用TN 系统，低压配电路全线需采用电缆直接埋地敷设。当不宜采取全线电缆形式时，可以钢筋混凝土杆和铁横担的架空线形式且采用一段金属铠装或保护套电缆穿钢管直接埋地引入。架空线、充电区、充电桩距离应≥15m。当充电站和构造物之间有电器和电子系统线路连通时，应将其接地装置相互连接，接地线、PE 线、屏蔽层、穿线钢管。电缆沟钢筋和金属管道适合就近做等电位连接。充电站内变压器、高低压开关柜、充电装置和照明配电箱等金属外壳及构建需就近连接至接地装置上，充电桩门、盖板、覆板和其他金属构件等应采用等电位软连接分别将其和充电桩的主体金属构架。设备箱体连接，连接导体截面积需＞6mm2。进入充电桩数据采集、控制、信号和电源灯各线路适合采用有屏蔽层电缆埋地或架空敷设，其两端屏蔽层。加强钢线和钢管等应连接至充电桩主体金属架构处终端箱体上。

　　3.4 接地系统

　　充电站内分散式充电桩应设置人工接地体，人工接地体需围绕充电桩敷设成环形接地形式，接地材料规格需符合要求。当接地电阻不满足要求时需增设人工接地体，人工接地体埋设深度需超过60cm。埋入土壤中的人工垂直接地体宜采用热镀锌角钢、钢管或圆钢，埋于土壤中的人工水平接地体宜采用热镀锌扁钢或圆钢，电动汽车充电设施做等电位联结。室外电动充电车位地面下0.15-0.3m 处设置等电位均衡线，间距为0.6×0.6m 网格。车档和等电位均衡线可靠焊接，等电位均衡线和接地装置可靠焊接。

　　4.结语

　　全面的充电站（桩）系统防雷保护解决方案，可将防雷保护、配电、测量与控制、电源分配分别应用到供电系统、测量与控制系统、传输以及充电系统环境中，通过完善浪涌保护技术及电气控制技术，保障设备安全稳定运行。

　　参考文献：

　　[1]彭志君. 新能源汽车充电桩系统雷电防护设计[A]. 中国气象学会、深圳市防雷协会.智能防雷 网赢未来——2016 中国雷电防护高峰论坛论文集 [C].中国气象学会、深圳市防雷协会:四川省电子学会,2016:8.

　　[2]王道平,王耀悉,汤宇,刘新辉. 如何做好充电站的防雷安全工作[A]. 中国气象学会.第35 届中国气象学会年会 S19 雷电物理和防雷新技术——第十六届防雷减灾论坛[C].中国气象学会:中国气象学会,2018:3. 作者简介：朱海洋（1983-），男，四川开江人，本科学历，工程师，从事雷电防御工作。