Dimenzioniranje i specificiranje transformatora za stanice za punjenje električnih vozila: tehnički vodič

Jedan ultrabrzi punjač od 350 kW povuče više struje za 15 minuta nego što tipična trgovina potroši za tri sata. Taj profil opterećenja - iznenadan, intenzivan, ponavljan desetke puta dnevno - ono je što čini određivanjetransformator za EV punionicuinfrastruktura koja se bitno razlikuje od standardne komercijalne distribucije električne energije. Pogriješite u dimenzioniranju i posljedice se brzo nizaju: pad napona koji usporava brzinu punjenja, naknade potražnje koje ruše operaterovu maržu i u najgorem slučaju, pismo o odbijanju komunalne usluge koje odgađa projekt mjesecima.

Globalna javna mreža za punjenje širi se tempom kakav komunalna poduzeća nisu vidjela od procvata klima uređaja 1950-ih. Međunarodna agencija za energiju predviđa da će globalni broj javnih punjača premašiti 15 milijuna jedinica do 2030. Iza svakog čvorišta za punjenje - bilo da se radi o postavi s šest štandova razine 2 u garaži trgovačkog centra ili ultrabrzom trgu sa 40 štandova na međudržavnom koridoru - nalazi se transformator koji mora podnijeti obrazac opterećenja koji nije opisan u udžbeniku distribucije iz 1990-ih. Ovaj vodič opisuje kako dimenzionirati, specificirati i dobiti odobrenje od strane uslužne djelatnosti za pravi transformator, koristeći stvarne scenarije iz projekata koje podržava Ryan Electric.

Po čemu se EV punjenje razlikuje od standardnog komercijalnog opterećenja

Transformator poslovne poslovne zgrade ima prilično predvidljiv dan: HVAC se pojačava u 7 ujutro, rasvjeta je stabilna, opterećenja opreme variraju unutar raspona od ±15%. Scenarij [object Object] bliži je lučnoj peći - isprekidani strujni impulsi velike jačine koji testiraju svaku slabu točku u distribucijskom lancu.

Tri karakteristike definiraju razliku, a preskakanje bilo koje od njih u specifikaciji će vam smetati pri puštanju u pogon.

Povremeni vrh s niskim prosječnim faktorom opterećenja.Stanica za brzo punjenje istosmjernom strujom sa šest postolja mogla bi nositi priključno opterećenje od 720 kVA (6 × 120 kW), ali stvarni faktor iskorištenja rijetko prelazi 0,4–0,6 u prvim godinama rada. Evo dijela koji većina specifikacija propušta: kada se četiri drajvera istovremeno uključe tijekom večernje gužve, transformator vidi gotovo trenutni skok potražnje od 480 kVA. Standardni distribucijski transformatori nisu dizajnirani za ovaj radni ciklus - termička vremenska konstanta namota postaje ograničavajući faktor, a ne kontinuirana vrijednost s natpisne pločice. Temperatura vruće točke namota može se popeti 15-20 stupnjeva iznad onoga što predviđa izračun stabilnog stanja, a to je mjesto gdje se starenje izolacije ubrzava.

Ubrizgavanje harmonijske struje.DC punjači razine 3 su u biti veliki prekidački izvori napajanja s aktivnim prednjim ispravljačem. Čak i dobro projektirane jedinice ubrizgavaju harmonijske struje u pojasevima 5., 7., 11. i 13. reda. Bez odgovarajućeg smanjenja snage, transformator koji radi na ugodnih 80% kVA prema nazivnoj pločici može raditi s toplinskim preopterećenjem jednostavno zato što harmonijski gubici u jezgri i namotima dodaju 10–15% dodatnog zagrijavanja koje standardni test porasta temperature nikada ne mjeri.IEEE 519-2022postavlja prag usklađenosti - ukupno harmonijsko izobličenje (THD) ispod 5% u točki zajedničkog spajanja - ali sam transformator treba ocjenu K-faktora ili dizajn namota za ublažavanje harmonika kako bi dugoročno preživio.

Naponska osjetljivost samih punjača.DC brzi punjač smanjit će svoju izlaznu snagu u trenutku kada ulazni napon padne ispod 90% nominalnog. Atransformator za EV punionicuinfrastruktura s nedovoljnom impedancijom ili premalim dometom slavine na kraju uzrokuje problem koji je trebao riješiti - sporije sesije punjenja i iznervirane vozače koji gledaju na sat. Napon impedancije transformatora, obično 5–6% za jedinice distribucijske klase, izravno oblikuje krivulju regulacije napona pod ovim uzorkom pulsnog opterećenja. Navedite prenisku impedanciju i struja kratkog spoja premašuje nazivne vrijednosti zupčanika; navedite previsoko i pad napona pod opterećenjem ubija brzinu punjenja.

Kako odrediti veličinu transformatora za svoju stanicu za punjenje električnih vozila - tri stvarna scenarija

Ovo je korak u kojem se većina vremenskih okvira projekta razotkriva. Ne zato što je nabava punjača teška, već zato što izračun kapaciteta transformatora stane na stol komunalnog inženjera i ne izdrži kontrolu. Vidimo tri različita uzorka veličine u polju.

Razina 2 AC punjenja - Parkirne garaže i radna mjesta

Stanica razine 2 radi na 240 V AC, povlačeći 7,2–19,2 kW po priključku. Za instalaciju s 20 priključaka u tipičnom korporativnom kampusu, ukupno priključeno opterećenje iznosi 384 kVA. Primijenite faktor potražnje od 0,6 - NEC 625.41 to dopušta za više EVSE jedinica kada postoji upravljanje opterećenjem - i projektirano opterećenje pada na otprilike 230 kVA. Suhi transformator od 300 kVA s ocjenom K-4 s time se udobno nosi, s prostorom za proširenje na 30 priključaka.

Ključna metrika na ovoj ljestvici nije vršni kapacitet. To je učinkovitost transformatora pri djelomičnom opterećenju, jer stanice razine 2 troše 80% svojih radnih sati između 15% i 40% opterećenja. Potražite jedinicu s ravnom krivuljom učinkovitosti iznad 98,5% od 35% opterećenja naviše - razlika između krivulje učinkovitosti od 98,2% i 98,8% kroz 6000 godišnjih radnih sati daje pravi novac tijekom 20-godišnjeg životnog vijeka imovine.

DC brzo punjenje - 50–150 kW staje

Stanica sa šest postolja s mješovitim punjačima od 120 kW: priključno opterećenje 720 kVA, faktor potražnje 0,7 (viši od razine 2 jer se DC brze sesije obično grupiraju tijekom vršnog putovanja), projektirano opterećenje 504 kVA. 750 kVA [object Object] s K-13 ocjenom i ONAN hlađenjem pruža toplinsku visinu za 30-minutne sesije punjenja. O K-13 ocjeni se ne može pregovarati na ovoj razini snage - standardne K-1 jedinice radit će 15-20 stupnjeva toplije nego na natpisnoj pločici pod harmonijskim profilom šest aktivnih ispravljača, a uslužno će poduzeće označiti porast temperature tijekom ispitivanja.

Čvorišta za ultrabrzo punjenje - 350 kW i više

Ovo je granica, a brojke se brzo povećavaju. Osam štandova po 350 kW: priključeno 2800 kVA. Čak i pri konzervativnom faktoru potražnje od 0,5 - realističnom za koridore autocesta s obrascima flotnog prometa - koji pada na projektirano opterećenje od 1400 kVA. Jedan uljni transformator snage 2000–2500 kVA s prisilnim zračnim hlađenjem (ONAF) pokriva sadašnju potražnju i sljedećih 3–5 godina rasta elektrifikacije voznog parka.

Na ovoj razini, učinkovitost transformatora je najveća pojedinačna stavka u operativnom proračunu osim samog troška električne energije. Razlika u učinkovitosti od 1% tijekom 8000 godišnjih radnih sati pri 0,12 USD/kWh košta otprilike 13 400 USD godišnje. Tijekom životnog vijeka imovine od 25 godina, taj jaz kupuje pola transformatora.

Suhi tip u odnosu na uronjeni u ulje: usklađivanje vrste transformatora s uvjetima na lokaciji

Broj punjača i razina snage određuju broj kapaciteta. Okruženje fizičke instalacije određuje koja tehnologija transformatora zapravo odgovara.

Unutarnje i podzemne garažne konstrukcije.Protupožarni zakoni u većini jurisdikcija - NFPA 70 u SAD-u, IEC 60364 u međunarodnim projektima - ograničavaju ili potpuno zabranjuju opremu punjenu uljem u zatvorenim parkiralištima. Ovdje su zadani izbor suhi transformatori od lijevane smole. Epoksidna inkapsulacija se sama gasi, stvara nulti rizik od curenja ulja i bez degradacije podnosi cikluse vlage i prašine u okolišu parkiranja. Ryanove kompaktne jedinice suhog tipa s IP23 kućištima postavljaju se u standardne električne prostorije bez zastoja u prostoru koji zahtijevaju jedinice punjene uljem.

Punjališta na otvorenom - maloprodajna mjesta i mjesta na autocestama.Ovdje dominiraju podložni transformatori. Uronjen u ulje, podijeljen u odjeljke, otporan na neovlašteno korištenje i namjenski izrađen za javno dostupna mjesta. Podnose veće kapacitete (500–2500 kVA) koje zahtijevaju čvorišta autocesta, a njihov dizajn s mrtvim prednjim dijelom zadovoljava sigurnosne zahtjeve komunalnih poduzeća u svakoj državi SAD-a. Faktor oblika za montažu na podlogu također značajno pojednostavljuje plan lokacije: izlijte betonsku podlogu, postavite transformator, završite sekundarne dovode do distribucijske ploče punjača. Jedan izvođač radova s ​​kojim smo radili u Texasu završava spajanje transformatora na prvi punjač za manje od četiri radna dana s ovim rasporedom.

Ultrabrzi koridori autocesta.Kada plan lokacije zahtijeva osam ili više stajališta od 350 kW, transformator se pomiče na područje klase trafostanice: 2.500–5.000 kVA, uronjeno u ulje, s izmjenjivačima slavine pod opterećenjem za upravljanje naponom tijekom divljih promjena opterećenja do kojih dolazi kada konvoj električnih kamiona priđe istovremeno. Ove jedinice zahtijevaju koordinaciju s timovima za planiranje i inženjering opslužnog komunalnog poduzeća mjesecima prije nego što prva lopata padne na tlo. Niti jedno komunalno poduzeće ne odobrava interkonekciju od 5 MVA bez potpune studije utjecaja na sustav.

Mrežno povezivanje: komunalni pregovori koji dolaze prije svega

Odabir hardvera pola je uspjeha. Druga polovica je natjerati lokalno komunalno poduzeće da potpiše ugovor o međusobnom povezivanju - a taj sat počinje otkucavati ranije nego što je planirano za većinu razvojnih projekata.

Naknade potražnje definiraju poslovni model.U Sjevernoj Americi, akomercijalna infrastruktura za punjenje električnih vozilaoperater plaća vršnu potražnju (kW) - najveće prosječno trošenje od 15 minuta u obračunskom mjesecu - povrh potrošene energije (kWh). Naknade potražnje kreću se od 8 do 15 USD/kW na tržištima poput Kalifornije, sjeveroistoka i Ontarija. Transformator loše veličine koji tjera mjesto da povuče visoke trenutne skokove potražnje tijekom klasteriranja u satima špice uzrokuje troškove potražnje koji mogu potrošiti 30-40% mjesečnog prihoda stanice. Vježba dimenzioniranja transformatora u prethodnom odjeljku nije samo inženjerski izračun – to je najveći pojedinačni unos u financijski model projekta.

Usklađenost sa standardom IEEE 519 ne može se pregovarati na stolu za pregled komunalnih usluga.Komunalna poduzeća diljem Sjeverne Amerike i Europe sada zahtijevaju studije harmonika kao dio aplikacije za međusobno povezivanje za bilo koje postrojenje koje prelazi 500 kW nelinearnog opterećenja. ADC transformator za brzo punjenjes harmoničkim namotima i, u većim instalacijama, aktivni harmonijski filtar na sekundarnoj strani održava ukupnu distorziju potražnje (TDD) ispod ograničenja od 5–8% koje provode komunalna poduzeća. Podnesite harmonijsku studiju zajedno sa zahtjevom za međusobno povezivanje - to ubrzava rok pregleda za četiri do šest tjedana u usporedbi s podnošenjem bez njega.

Korekcija faktora snage ugrađena je u specifikaciju, a nije pričvršćena kasnije.Moderni DC punjači rade s faktorom snage iznad 0,95 pri punom opterećenju, ali ta brojka pada na 0,85 ili niže pri djelomičnom opterećenju - gdje postaje provode većinu svojih radnih sati. Specifikacija transformatora koja uključuje integriranu korekciju faktora snage (ili kondenzatorsku bateriju dizajniranu pri nabavi, a ne naknadnu ugradnju nakon puštanja u rad) izbjegava mjesečne kazne i oslobađa kVA kapacitet koji može služiti dodatnim punjačima bez povećavanja transformatora.

Kako Ryan Electric podržava projekte infrastrukture za punjenje električnih vozila

Kad nam je razvojni programer mreže za punjenje u Kaliforniji došao s mjestom ograničenim komunalnim pravom širine 30 stopa i rokom izgradnje od 12 tjedana, standardne kataloške jedinice domaćih proizvođača nisu nudile ništa što bi odgovaralo oba ograničenja. Konstruirali smo prilagođeni transformator od 1000 kVA montiran na podlošku sa smanjenim otiskom, K-13 nazivnim namotima usklađenim s harmonijskim profilom njihovih punjača od 120 kW i vremenom izrade koje je usklađeno s njihovim rasporedom izrade - a ne prevladavajućim 16-20 tjedana u industriji.

Ta fleksibilnost proizlazi iz vođenja tvornice u kojoj se jezgre, namoti i kućišta proizvode pod istim krovom. Za [object Object] projekte, naš inženjerski tim radi na temelju kupčevih specifikacija punjača i rasporeda mjesta kako bi proizveo podatkovnu tablicu transformatora - ne stranicu kataloga zaliha - unutar tri radna dana od primitka popisa opterećenja.

Kako ovo izgleda za infrastrukturni projekt električnog vozila:

• Na popisu UL i CSAtransformatora, koje prihvaćaju sjevernoamerička komunalna poduzeća bez dodatne terenske certifikacije

• Kompaktne jedinice suhog tipa od lijevane smole za podzemna i zatvorena parkirališta, gdje protupožarni kodovi isključuju opremu punjenu uljem

• Transformatori koji se montiraju na podloške s ocjenom K-faktora- K-4 do K-20 - namjenski izrađeno za harmonično okruženje brzog punjenja istosmjernom strujom

• Standardne jedinice isporučuju se za 8-10 tjedana; jedinice projektirane po narudžbi za 10-14 tjedana, za projekte na komprimiranim rokovima

Dobijte specifikaciju transformatora za svoj projekt stanice za punjenje

Specifikacija transformatora koja ne uzima u obzir harmonijski profil, faktor potražnje i fizička ograničenja lokacije vaše specifične stanice za punjenje dospjet će na stol za pregled komunalnih usluga - i biti vraćena. Inženjerski radovi na prednjoj strani koštaju nekoliko sati fokusiranog izračuna. Kašnjenje zbog pogrešnog postavljanja košta mjesece neuspjeha u rasporedu i čekanja izvođača.

Planirate projekt punjenja električnih vozila u Sjevernoj Americi, Bliskom istoku ili jugoistočnoj Aziji?Pošaljite nam svoj broj punjača, razinu snage po jedinici i izgled stranice. Naš inženjerski tim vraća preporuku za dimenzioniranje transformatora i komercijalnu ponudu u roku od tri radna dana.

→ Kontaktirajte Ryan Electric EV Infrastructure Team