電動汽車充電樁的防觸電保護

申龍云

（深圳供電規(guī)劃設(shè)計院有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引 言

隨著居民生活水平的提升，我國汽車得到了大面積普及。但是，使用汽油、柴油等傳統(tǒng)燃料的汽車，尾氣排放對環(huán)境污染嚴(yán)重。在此情況下，電動汽車應(yīng)運而生，隨之的一系列配套設(shè)備成為人們關(guān)注的熱點。

1 電動汽車及配套設(shè)備

傳統(tǒng)的汽車以汽油和柴油為燃料，在行駛過程中要排放大量的尾氣。電動汽車的動能從燃料改為電池驅(qū)動，不僅能夠緩解我國的能源危機，還徹底實現(xiàn)了污染零排放，有利于保護環(huán)境[1]。當(dāng)電動汽車的驅(qū)動電池電能消耗過多時，會出現(xiàn)不能便捷找到充電點等現(xiàn)實問題，導(dǎo)致電動汽車在我國的實際利用率不高。

為了解決電動汽車面臨的沒有充電點的問題，研究學(xué)者為電動汽車設(shè)計了相配套的充電設(shè)備，其中充電樁就是這一系列充電設(shè)備中便捷、可靠、快速的設(shè)施之一，得到了大面積使用。然而，由于充電樁和居民用電、電動自行車充電不同，對汽車的充電必然是一個大功率、大電流的設(shè)施，價格昂貴，一般位于公共場所。因此，擺放在公共場所的電動汽車充電樁能否安全使用，成為消費者、企業(yè)和政府三方關(guān)心的問題。

2 充電樁的安全標(biāo)準(zhǔn)

在充電樁的生產(chǎn)與使用過程中，國家有關(guān)部門制定了一系列政策要求。對于充電樁的安全標(biāo)準(zhǔn)，以IEC為主的通用標(biāo)準(zhǔn)成為企業(yè)生產(chǎn)合格達(dá)標(biāo)充電樁的主要依據(jù)?，F(xiàn)行的IEC61851-1充電樁安全標(biāo)準(zhǔn)，是我國政府相關(guān)部門在2010年針對電動汽車行業(yè)以及其附屬產(chǎn)業(yè)充電樁的發(fā)展制定的一套通用標(biāo)準(zhǔn)[2]，具體涵蓋了充電樁的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)以及電流標(biāo)準(zhǔn)等。在整個IEC充電樁安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)中，相關(guān)部門針對充電樁耗電量大、電壓高、電流大等特點制定了許多要求，包括防止充電樁過熱、防止大能量電弧、防止充電樁發(fā)生機械危險、防止充電樁不符合操作流程等。這些要求雖然種類繁多，但仍以防觸電保護要求為最重要、最根本的要求。

3 電動汽車充電樁對防觸電保護的相關(guān)要求

由于防觸電是整個充電樁安全標(biāo)準(zhǔn)中最基本、最嚴(yán)格的要求，因此IEC針對充電樁生產(chǎn)商在設(shè)計和生產(chǎn)充電樁時要做到對充電樁的三重安全保護。

3.1 充電樁直接觸電防護

充電樁的直接觸電主要是指充電樁的生產(chǎn)廠商在生產(chǎn)充電樁時應(yīng)當(dāng)及時注意并考慮到消費者可能與充電樁發(fā)生接觸的部位，并對這些部位做絕緣化處理。對于充電樁內(nèi)部的危險帶電體，更應(yīng)當(dāng)做到與消費者完全絕緣。在我國《電動汽車安全規(guī)范》中，消費者可能接觸到的部位一旦交流電壓超過30 V或者直流電壓超過60 V，將屬于安全規(guī)范中的危險帶電體[3]。生產(chǎn)廠商在進(jìn)行充電樁生產(chǎn)時，應(yīng)當(dāng)做好相關(guān)的直接防護工作。

第一，對危險帶電體進(jìn)行絕緣化處理。對于危險帶電體，絕緣是第一道也是最直接的一道防護，是充電樁直接接觸防護中最主要的步驟。在《安全標(biāo)準(zhǔn)》中，對危險帶電體的絕緣化處理要求帶電體完全絕緣，且絕緣化除非經(jīng)過強力破壞不能被去除，保證帶電體的絕緣。

第二，利用遮擋物或者障礙物隔擋危險帶電體，阻止消費者和危險帶電體接觸。雖然對于充電樁中的危險帶電體有絕緣層保護，但是一旦絕緣層發(fā)生壞損，便會失去絕緣效果。因此，將危險帶電體與消費者進(jìn)行隔絕十分重要。在隔檔保護方式中，危險帶電體應(yīng)當(dāng)在相關(guān)的遮擋物后部，防護等級最少在IPXXB以上，并且能夠承受一定的自然天氣的打擊，保持堅固性和長期有效性。

第三，對于充電樁的危險帶電體電壓進(jìn)行相關(guān)的要求。在《安全標(biāo)準(zhǔn)》中，對于特低電壓的電壓范圍也有嚴(yán)格要求，其中交流電不應(yīng)超過30 V，直流電不應(yīng)超過60 V。

第四，對于充電樁的接觸電流和電荷進(jìn)行一定的限制。在接觸電流和電荷方面，《安全標(biāo)準(zhǔn)》要求生產(chǎn)廠商應(yīng)當(dāng)通過相關(guān)的模擬實驗，模擬人體漏電流的狀態(tài)進(jìn)行相關(guān)的充電樁設(shè)計。在IEC標(biāo)準(zhǔn)中，充電樁在能夠被人體接觸到的部分不應(yīng)當(dāng)有危險帶電體，而當(dāng)充電樁和電動汽車開始接觸并進(jìn)行充電和充電后的電源斷開時，應(yīng)當(dāng)對其中的交流電壓、直流電壓予以一定的警示，一旦超過額定值，充電樁應(yīng)當(dāng)進(jìn)行相關(guān)的警報工作。

3.2 充電樁的間接觸電防護

充電樁的直接觸電防護是其第一道防護關(guān)卡。充電樁的間接觸點防護是當(dāng)直接觸電防護失效時保證消費者不能夠接觸到危險帶電體的最主要的防護層。當(dāng)充電樁正常工作時，對于它的運轉(zhuǎn)只要求直接接觸防護，即消費者不能接觸到危險帶電體。但是，充電樁的生產(chǎn)廠家必須注意到一旦充電樁發(fā)生故障時的使用情況。間接觸電防護是為了保證充電樁在故障條件下消費者也不能夠接觸到危險帶電體，具體分為如下幾個措施。

第一，對危險帶電體進(jìn)行附加絕緣。雖然在直接觸電防護中對危險帶電體做了全部的絕緣工作，但是為了防止由于自然災(zāi)害、人為破壞等造成的直接觸電防護的絕緣層破裂情況，對危險帶電體進(jìn)行二次絕緣保護十分必要。這層絕緣是對危險帶電體的獨立絕緣，一旦基本的絕緣層失去絕緣效果，間接觸電防護的絕緣層也能夠保證消費者不直接觸碰到危險帶電體。

第二，對于危險帶電體極易與人體觸碰的地方，實行加強的絕緣效果，即雙重絕緣。雙重絕緣是在部分消費者能夠觸碰到的危險帶電體部位進(jìn)行再一次的絕緣層防護，確保危險帶電體被完好包裹在絕緣層內(nèi)。

第三，將充電樁中危險帶電體能夠與人體進(jìn)行接觸的金屬部位或者有可能的金屬部位進(jìn)行等電位連接。這種連接一般是出于保護性的安全連接，使所有可能會被消費者接觸到的危險帶電體的金屬部位都處在同一個電位上，確保消費者的安全。

第四，在充電樁發(fā)生故障導(dǎo)致危險帶電體裸露、無法充電、電流混亂等情況時，啟動自動切斷一切電源的裝置。作為間接觸點防護，基本目標(biāo)是當(dāng)充電樁的防觸電保護發(fā)生故障時，消費者能夠正常使用充電樁，而一旦充電樁的防觸電保護完全失效，消費者即有可能發(fā)生觸電事故，間接觸點防護應(yīng)當(dāng)利用TN系統(tǒng)亦或是TT系統(tǒng)和總電源進(jìn)行連接，及時切斷充電樁的總電源，保證由充電樁內(nèi)部系統(tǒng)故障而造成的危險帶電體可能與消費者發(fā)生接觸而發(fā)生觸電事故的可能性降到最低。

除了直接觸電防護和間接觸點防護外，IEC和《安全標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的充電樁防觸電保護還包括附加防護等多重防護。這些防護措施都是為了避免上述兩種防護措施無法正常作用時保護消費者的使用安全而進(jìn)行的。

4 電動汽車充電樁對防觸電保護的要求

由于充電樁是為電動汽車的投入使用而生，因此對于充電樁的防觸電保護應(yīng)當(dāng)注意電動汽車在進(jìn)行充電時的安全問題，一旦充電樁或者電動汽車的任何接觸部位發(fā)生絕緣破壞無法進(jìn)行正常的防觸電保護，應(yīng)當(dāng)立即切斷二者之間的聯(lián)系，并通過警示的方式告知消費者。因此，充電樁的生產(chǎn)廠家不僅要考慮到充電樁平時的防護觸電保護，更要考慮到充電樁在電動汽車進(jìn)行充電時與電動汽車進(jìn)行連接時的防觸電保護。目前，按照我國充電樁的分類，相關(guān)學(xué)者有著不同的防觸電研究。

4.1 對于交流充電樁的防觸電保護要求

對于交流充電樁，相關(guān)研究學(xué)者將控制導(dǎo)引電路安置在充電樁與電動汽車的連接中。這種電路裝置一方面在電動汽車的整個充電過程確認(rèn)電動汽車和充電樁是否完成了所有線路的連接，確保危險帶電體被絕緣層覆蓋，另一方面也要持續(xù)監(jiān)控電動汽車充電的全過程。當(dāng)電動汽車和充電樁之間的接地線斷開時，該電路應(yīng)當(dāng)做到在100 ms內(nèi)切斷二者之間的聯(lián)系和充電樁的電源。一旦該電路故障、電動汽車和充電樁之間的接地線連接不嚴(yán)，電動汽車將無法和充電樁保持等電位聯(lián)結(jié)，電動汽車被內(nèi)部的絕緣將會失效，危險電壓將通過金屬車身直接與消費者接觸，消費者很有可能發(fā)生觸電危險。

4.2 對直流充電樁的防觸電保護要求

除了交流充電樁以外，研究者對于直流充電樁也進(jìn)行了相應(yīng)的防觸電保護。直流充電樁的電機分為隔離式和非隔離式。前者是指直流充電樁在輸出電路和電源的交流側(cè)基本上是絕緣狀態(tài)，是我國目前在IEC和《安全標(biāo)準(zhǔn)》設(shè)計中主要針對的一種充電樁。在有關(guān)直流充電樁的安全標(biāo)準(zhǔn)部分，主要規(guī)定了直流充電樁必須要安裝相應(yīng)的自動切斷電源裝置，以及直流充電樁應(yīng)當(dāng)能夠在正常使用時與交流電源側(cè)中的A型漏電保護器相兼容。

5 結(jié) 論

傳統(tǒng)汽車的污染問題一直都是困擾汽車行業(yè)發(fā)展的問題之一，而電動汽車的出現(xiàn)有效解決了傳統(tǒng)汽車帶來的污染問題，因此我國應(yīng)當(dāng)大力扶持電動汽車相關(guān)產(chǎn)業(yè)。電動汽車的充電樁作為其配套設(shè)施，在日常使用中因其電流較大等原因，需要格外注意防觸電的保護，保護消費者在正常使用充電樁時的人身安全和財產(chǎn)安全。