摘要：随着新能源汽车产业的蓬勃发展，充电桩作为其关键配套设施，数量迅速增长。然而，充电桩在运行过程中面临诸多电气安全问题，影响用户使用体验与生命财产安全。本文基于电力工程视角，深入探讨新能源汽车充电桩电气安全防护技术，分析常见电气安全隐患，阐述相关防护技术原理与应用，旨在提升充电桩电气安全性，为新能源汽车产业健康发展提供保障。​

关键词：电力工程；新能源汽车充电桩；电气安全；防护技术​

引言​

新能源汽车以其环保、节能等优势，成为全球汽车产业转型升级的重要方向。近年来，各国纷纷加大对新能源汽车的推广力度，其保有量持续攀升。充电桩作为新能源汽车的 “加油站”，其建设规模也在不断扩大。但在充电桩普及过程中，电气安全事故时有发生，如电击、电气火灾等，引起了社会广泛关注。确保充电桩电气安全，不仅关系到用户的人身安全和设备正常运行，也是新能源汽车产业可持续发展的基础。电力工程领域的先进技术和理念，为解决充电桩电气安全问题提供了有力支撑。通过深入研究和应用电气安全防护技术，能够有效降低充电桩运行风险，提升其可靠性与稳定性。​

一、新能源汽车充电桩电气安全隐患分析​

在新能源汽车充电桩的运行中，存在多种电气安全隐患。漏电隐患方面，长期运行下，内部电气线路因老化、磨损、受潮等致使绝缘性能降低，进而引发漏电。像充电桩内部电缆绝缘层在长期高负荷电流作用下发热、老化，出现龟裂、破损，使导线金属部分暴露，与外壳或接地物体接触形成漏电通路，一旦人体接触漏电部位，会遭受电击，还可能引发电气火灾，威胁周边安全。过电压隐患中，电力系统的雷击过电压（雷电击中充电桩或附近区域，产生感应电动势经电源线、信号线传导至内部）和操作过电压（合闸、分闸时因电路电感、电容元件暂态过程产生瞬间高电压），若超过设备耐压水平，会击穿损坏内部电子元件与电气设备。短路隐患较为严重，电气元件质量欠佳、异物进入或小动物咬坏电线等都可造成短路。例如安装或维护时不慎遗留金属工具，导致不同电位线路短接，短路瞬间电流急剧增大，产生大量热量，可能引发电气火灾，烧毁设备并危及周边人员。接地故障隐患同样不容忽视，若充电桩接地不良，发生漏电等故障时电流无法顺利导入大地，致使充电桩外壳及周边金属物体带电，增大人员触电风险，且接地电阻过大还会影响正常运行，出现故障报警或无法充电，常见原因有接地极埋设深度不足、接地线截面积过小、接地连接点松动等。​​

二、新能源汽车充电桩电气安全防护技术原理与应用​

在新能源汽车充电桩的电气安全防护体系中，涵盖漏电、过电压、短路及接地保护等一系列关键技术。漏电保护作为防止人员触电和电气火灾的重要防线，主要依托剩余电流动作保护器（RCD）。其依据基尔霍夫电流定律，时刻监测电路中流入与流出电流的矢量和。正常状态下，该矢量和为零；一旦发生漏电，矢量和不为零，产生剩余电流。当 RCD 检测到剩余电流超过设定阈值，便迅速切断电路，保障人员与设备安全。实际应用时，需依据充电桩使用环境及额定电流合理选型，如户外且人员易接触的充电桩，应配备动作灵敏、额定剩余动作电流 30mA 及以下、动作时间不超 0.1s 的 RCD，并定期检测试验，确保性能可靠。​ 过电压保护技术旨在应对雷击过电压和操作过电压对充电桩的威胁。避雷器主要针对雷击过电压，正常电压下呈高阻态，不干扰电路运行；遭遇雷击时迅速导通，将雷电流引入大地，限制过电压幅值。浪涌保护器（SPD）则侧重防护操作过电压及其他暂态过电压，通过在电路中并联非线性电阻元件，过电压出现时电阻值骤降，泄放过电压能量。在充电桩中，避雷器安装于电源进线端，防护直击雷和感应雷；浪涌保护器依据内部电路结构，在电源电路、信号电路等不同部位各司其职，如交流输入侧安装三相电源浪涌保护器、直流输出侧安装直流浪涌保护器、通信接口处安装信号浪涌保护器，同时合理选定其额定电压、最大持续运行电压、通流容量等参数，全方位提升过电压防护能力。​

短路保护是确保充电桩电气系统安全运行的关键环节。常用装置有熔断器和断路器。熔断器利用电流通过熔体产生热量使熔体熔断来切断电路，短路时电流急剧增大，熔体迅速熔断，保护设备。断路器既能正常通断负荷电流，又能在短路、过载等故障时自动跳闸，其短路保护借助内部电磁脱扣器，短路电流产生强大电磁力促使断路器迅速动作。在充电桩电气系统设计中，需根据电路额定电流和短路电流大小，合理选定熔断器额定电流与分断能力、断路器额定电流与短路分断能力。例如主电路选用高分断能力断路器，分支电路配合使用熔断器，实现精准保护，并定期检查维护，保证动作可靠。​

接地保护作为电气安全防护的基础，通过将充电桩金属外壳、电气设备金属底座等与接地极可靠相连，在漏电等故障发生时，使电流经接地线导入大地，避免人员触电。充电桩通常采用 TN-S 三相五线制接地系统，其中保护接地线（PE 线）与接地部分紧密连接，且接地电阻一般要求不大于 4Ω。安装时，确保接地极采用热镀锌角钢、钢管等材料，埋设深度不小于 0.6m，接地导线选用截面积不小于 16mm² 的铜芯导线，以承载故障电流。同时，定期检测接地电阻，若超标及时排查整改，维持接地保护系统的有效性 。

三、新能源汽车充电桩电气安全防护技术发展趋势​

伴随新能源汽车充电需求攀升，充电桩电气安全防护技术迎来新变革，智能化、一体化、高可靠性成为显著发展趋势。智能化安全防护借助物联网、大数据与人工智能技术蓬勃兴起。在充电桩内安置各类传感器，实时收集电气参数、设备运行状态等数据，并上传至云端服务器。运用大数据分析和人工智能算法深度剖析这些数据，可提前洞察设备故障与电气安全隐患，达成主动防护。比如，依据充电桩电流、电压、温度等参数变化趋势，精准预判电气元件老化程度及潜在故障，提前规划维护工作，有效规避安全事故。同时，智能化系统能依据实际状况自动调适保护策略，提升防护的精准度与可靠性。​

一体化安全防护技术是未来重要走向，其致力于将漏电、过电压、短路、接地等多种防护功能融合于同一设备或系统。这种设计实现了各防护功能协同运作，不仅缩减设备占地空间、降低成本投入，更增强了防护的整体性与有效性。例如，研发的智能保护模块集多项保护功能于一身，能实时监测充电桩电气运行状况，一旦察觉异常，迅速触发对应保护措施，还可通过通信接口将故障信息同步至监控中心，极大提升了安全防护效率。​

高可靠性安全防护技术愈发受重视。一方面，全力研发高性能电气安全防护设备与材料，提升其抗干扰、耐受能力及使用寿命。如采用新型绝缘材料，增强电气线路绝缘与耐热性能，降低漏电风险；开发高可靠性过电压保护元件，使其在复杂电磁环境中稳定运行，有效抵御过电压冲击。另一方面，借助冗余设计、容错控制等技术手段，强化安全防护系统可靠性。以充电桩接地保护系统为例，设置多组接地极与冗余接地线路，一组接地出现故障时，其他接地仍能确保设备安全运转 。​

四、结论​

新能源汽车充电桩电气安全防护技术对于保障用户人身安全、设备正常运行以及推动新能源汽车产业发展具有重要意义。通过深入分析充电桩常见的电气安全隐患，如漏电、过电压、短路、接地故障等，并应用漏电保护、过电压保护、短路保护、接地保护等先进的电气安全防护技术，能够有效降低安全风险，提升充电桩的可靠性和稳定性。同时，随着科技的不断进步，智能化、一体化、高可靠性将成为充电桩电气安全防护技术的发展趋势。未来，应持续加大对相关技术的研发投入，不断完善充电桩电气安全防护体系，为新能源汽车产业的蓬勃发展提供坚实保障。

参考文献：

[1]张意，方明.电力电子技术在新能源汽车充电桩中的应用[J].集成电路应用，2024，41（02）：186-187.