Dimenzioniranje in določanje transformatorjev za polnilne postaje za električna vozila: Tehnični vodnik

En sam ultra hitri polnilnik s 350 kW potegne več toka v 15 minutah, kot ga običajna trgovina porabi v treh urah. Ta profil obremenitve – nenaden, intenziven, ponovljen več desetkrat na dan – je tisto, zaradi česar je določitevtransformator za EV polnilno postajoinfrastrukturo, ki se bistveno razlikuje od standardne komercialne distribucije električne energije. Če se zmotite pri dimenzioniranju, se posledice hitro vrstijo: padec napetosti, ki zmanjša hitrost polnjenja, stroški povpraševanja, ki zdrobijo maržo operaterja, in v najslabšem primeru pismo o zavrnitvi komunalnega podjetja, ki zamuja projekt za več mesecev.

Globalno javno omrežje za polnjenje se širi s hitrostjo, ki je komunalna podjetja niso videla od razcveta klimatskih naprav v petdesetih letih prejšnjega stoletja. Mednarodna agencija za energijo predvideva, da bo globalno število javnih polnilnic do leta 2030 preseglo 15 milijonov enot. Za vsakim polnilnim vozliščem – naj gre za postavitev s šestimi stojnicami ravni 2 v garaži nakupovalnega središča ali ultrahitro stojnico s 40 stojnicami na meddržavnem koridorju – stoji transformator, ki mora obvladati vzorec obremenitve, ki ga ni nikoli upošteval noben učbenik o distribuciji iz devetdesetih let. V tem priročniku je opisano, kako določiti velikost, določiti in pridobiti uporabniško dovoljenje za pravi transformator z uporabo resničnih scenarijev iz projektov, ki smo jih podprli pri Ryan Electric.

V čem se polnilne obremenitve EV razlikujejo od standardnih komercialnih obremenitev

Transformator komercialne poslovne zgradbe vidi dokaj predvidljiv dan: HVAC se dvigne ob 7. uri zjutraj, osvetlitev je stabilna, obremenitve opreme nihajo v območju ±15 %. Scenarij [object Object] je bližje obločni peči – prekinitveni tokovni impulzi visoke magnitude, ki preizkušajo vsako šibko točko v distribucijski verigi.

Razliko določajo tri značilnosti in če preskočite katero koli izmed njih v specifikaciji, vas bo ob zagonu znova ugriznilo.

Intermitentna konica z nizkim povprečnim faktorjem obremenitve.Hitra polnilna postaja za enosmerni tok s šestimi stojnicami lahko nosi priključno obremenitev 720 kVA (6 × 120 kW), vendar dejanski faktor izkoriščenosti v prvih letih delovanja le redko preseže 0,4–0,6. Tukaj je del, ki ga večina specifikatorjev pogreša: ko se med večerno konico hkrati priključijo štirje gonilniki, transformator opazi skoraj trenutni skok povpraševanja 480 kVA. Standardni razdelilni transformatorji niso zasnovani za ta delovni cikel - termična časovna konstanta navitij postane omejevalni dejavnik, ne pa neprekinjena nazivna oznaka. Temperatura vroče točke navitja se lahko povzpne za 15–20 stopinj nad tisto, kar predvideva izračun stabilnega stanja, in tam se staranje izolacije pospeši.

Vbrizgavanje harmoničnega toka.Polnilniki DC 3. stopnje so v bistvu veliki stikalni napajalniki z aktivnimi sprednjimi usmerniki. Tudi dobro zasnovane enote vbrizgavajo harmonične tokove v pasove 5., 7., 11. in 13. reda. Brez ustreznega znižanja moči lahko transformator, ki deluje pri udobnih 80 % kVA z nazivne tablice, deluje pri toplotni preobremenitvi preprosto zato, ker harmonične izgube v jedru in navitjih dodajo 10–15 % dodatnega segrevanja, ki ga standardni preskus dviga temperature nikoli ne izmeri.IEEE 519-2022nastavi prag skladnosti - skupno harmonično popačenje (THD) pod 5 % na točki skupne sklopke - vendar sam transformator potrebuje oceno K-faktorja ali zasnovo navitja za ublažitev harmonikov, da dolgoročno preživi.

Napetostna občutljivost samih polnilnikov.Hitri polnilnik z enosmernim tokom bo zmanjšal svojo izhodno moč v trenutku, ko vhodna napetost pade pod 90 % nominalne vrednosti. Atransformator za EV polnilno postajoinfrastruktura z nezadostno impedanco ali premajhnim razponom odvodov na koncu povzroči prav tisto težavo, ki naj bi jo rešila – počasnejše polnjenje in razdražene voznike, ki gledajo na uro. Impedančna napetost transformatorja, običajno 5–6 % za enote distribucijskega razreda, neposredno oblikuje krivuljo regulacije napetosti pod tem impulznim vzorcem obremenitve. Določite prenizko impedanco in tok kratkega stika presega vrednosti prestav; določite previsoko in padec napetosti pod obremenitvijo ubije hitrost polnjenja.

Kako določiti velikost transformatorja za vašo polnilno postajo za električna vozila – trije resnični scenariji

To je korak, kjer se večina projektnih časovnic razplete. Ne zato, ker je nabava polnilnika težka, temveč zato, ker izračun zmogljivosti transformatorja pristane na mizi komunalnega inženirja in ne preživi nadzora. Na polju vidimo tri različne vzorce velikosti.

AC polnjenje 2. stopnje – parkirne garaže in delovna mesta

Postaja 2. stopnje deluje pri 240 V AC in porabi 7,2–19,2 kW na vrata. Za namestitev z 20 priključki v tipičnem poslovnem kampusu znaša priključna moč skupno 384 kVA. Uporabite faktor povpraševanja 0,6 - NEC 625.41 to dovoljuje za več enot EVSE, ko je vzpostavljeno upravljanje obremenitve - in načrtna obremenitev pade na približno 230 kVA. 300 kVA suhi transformator z oceno K-4 to udobno obvlada, s prostorom za razširitev na 30 vrat.

Ključna metrika na tej lestvici ni konična zmogljivost. To je učinkovitost transformatorja pri delni obremenitvi, ker postaje 2. stopnje porabijo 80 % svojih obratovalnih ur med 15 % in 40 % obremenitve. Poiščite enoto z ravno krivuljo učinkovitosti nad 98,5 % od 35 % obremenitve navzgor – razlika med 98,2 % in 98,8 % krivuljo učinkovitosti v 6000 letnih delovnih urah pomeni pravi denar v 20-letni življenjski dobi sredstva.

Hitro polnjenje z enosmernim tokom - 50–150 kW zastoji

Postaja s šestimi stojnicami in mešanimi 120 kW polnilniki: priključna obremenitev 720 kVA, faktor povpraševanja 0,7 (višji od ravni 2, ker se hitre seje enosmernega toka ponavadi združijo med potovalnimi konicami), projektna obremenitev 504 kVA. 750 kVA [objekt Objekt] z oceno K-13 in hlajenjem ONAN zagotavlja toplotno višino za zaporedna 30-minutna polnjenja. O oceni K-13 se pri tej ravni moči ni mogoče pogajati - standardne enote K-1 bodo delovale za 15–20 stopinj bolj vroče kot na imenski tablici pod harmoničnim profilom šestih aktivnih usmernikov, pripomoček pa bo dvig temperature označil med prisotnim testiranjem.

Središča za ultra hitro polnjenje - 350 kW in več

To je meja in številke hitro naraščajo. Osem stojnic po 350 kW vsaka: priključenih 2.800 kVA. Celo pri konzervativnem faktorju povpraševanja 0,5 – realističnem za avtocestne koridorje z voznimi vzorci prometa –, ki pristane pri projektirani obremenitvi 1400 kVA. En sam oljni transformator z nazivno močjo 2000–2500 kVA s prisilnim zračnim hlajenjem (ONAF) pokriva trenutno povpraševanje in naslednjih 3–5 let rasti elektrifikacije voznega parka.

V tem obsegu je učinkovitost transformatorja največja posamezna postavka v operativnem proračunu poleg samih stroškov električne energije. 1-odstotna vrzel v učinkovitosti v 8.000 letnih delovnih urah pri 0,12 USD/kWh stane približno 13.400 USD na leto. V 25-letni življenjski dobi sredstva ta vrzel kupi polovico transformatorja.

Suhi tip v primerjavi z oljnim potopom: Ujemanje vrste transformatorja s pogoji na lokaciji

Število polnilnikov in raven moči določata število zmogljivosti. Fizično okolje namestitve določa, katera transformatorska tehnologija dejansko ustreza.

Notranji in podzemni parkirni objekti.Požarni kodeksi v večini jurisdikcij – NFPA 70 v ZDA, IEC 60364 v mednarodnih projektih – omejujejo ali popolnoma prepovedujejo uporabo opreme, napolnjene z oljem, v zaprtih parkirnih prostorih. Tu so privzeta izbira suhi transformatorji iz lite smole. Epoksidna inkapsulacija se sama ugasne, povzroča ničelno tveganje puščanja olja in brez poslabšanja obvladuje cikle vlažnosti in prahu v parkirnih okoljih. Ryanove kompaktne enote suhega tipa z ohišji IP23 se spustijo v standardne električne prostore brez zastojev, ki jih zahtevajo enote, polnjene z oljem.

Zunanje polnilne postaje – maloprodajna in avtocestna mesta.Tukaj prevladujejo transformatorji, nameščeni na ploščici. Potopljen v olje, ločen, odporen proti posegom in namensko izdelan za javno dostopne lokacije. Upravljajo z večjimi zmogljivostmi (500–2.500 kVA), ki jih zahtevajo avtocestna vozlišča, njihova zasnova s ​​sprednjim delom pa izpolnjuje varnostne zahteve javnih služb v vseh zveznih državah ZDA. Faktor oblike za montažo na blazino tudi precej poenostavi načrt mesta: nalijte betonsko blazino, nastavite transformator, zaključite sekundarne napajalnike na razdelilno ploščo polnilnika. Eden izvajalec električnih del, s katerim smo sodelovali v Teksasu, s to postavitvijo konča priključitev transformatorja na prvi polnilnik v manj kot štirih delovnih dneh.

Ultra hitri avtocestni koridorji.Ko načrt mesta predvideva osem ali več stojnic s 350 kW, se transformator premakne na ozemlje razreda transformatorske postaje: 2.500–5.000 kVA, potopljen v olje, s preklopniki pod obremenitvijo za upravljanje napetosti med divjimi nihanji obremenitve, do katerih pride, ko konvoj električnih tovornjakov pripelje istočasno. Te enote zahtevajo koordinacijo z načrtovalskimi in inženirskimi ekipami oskrbovalnega podjetja mesece preden prva lopata pade na tla. Nobeno podjetje ne odobri medsebojne povezave 5 MVA brez celotne študije vpliva na sistem.

Omrežna medsebojna povezava: pogajanja o komunalnih podjetjih, ki so pred vsem drugim

Izbira strojne opreme je polovica uspeha. Druga polovica je, da lokalno komunalno podjetje podpiše pogodbo o medsebojnem povezovanju - in ta ura začne tiktakati prej, kot je večina razvijalcev projektov predvidela.

Stroški povpraševanja določajo poslovni model.V Severni Ameriki, akomercialna infrastruktura za polnjenje električnih voziloperater plača največje povpraševanje (kW) - najvišje 15-minutno povprečno porabo v obračunskem mesecu - poleg porabljene energije (kWh). Stroški povpraševanja se gibljejo med 8–15 USD/kW na trgih, kot so Kalifornija, severovzhod in Ontario. Transformator slabe velikosti, ki prisili spletno mesto, da potegne visoke trenutne skoke povpraševanja med združevanjem v prometne konice, povzroča stroške povpraševanja, ki lahko porabijo 30–40 % mesečnega prihodka postaje. Dimenzioniranje transformatorja v prejšnjem razdelku ni samo inženirski izračun – je največji vložek v finančni model projekta.

O skladnosti s standardom IEEE 519 se ni mogoče pogajati na pregledovalni mizi.Komunalna podjetja v Severni Ameriki in Evropi zdaj zahtevajo harmonične študije kot del aplikacije za medsebojno povezovanje za kateri koli objekt, ki presega 500 kW nelinearne obremenitve. ADC transformator za hitro polnjenjez navitji s harmonično oceno in, pri večjih inštalacijah, aktivni harmonski filter na sekundarni strani ohranja skupno popačenje povpraševanja (TDD) pod mejami 5–8 %, ki jih uveljavljajo javna podjetja. Vložite harmonično študijo skupaj z zahtevo za medsebojno povezovanje – to pospeši časovnico pregleda za štiri do šest tednov v primerjavi s predložitvijo brez nje.

Korekcija faktorja moči je vgrajena v specifikacijo, pozneje ni privita.Sodobni enosmerni polnilniki delujejo s faktorjem moči nad 0,95 pri polni obremenitvi, vendar ta številka pade na 0,85 ali nižje pri delni obremenitvi - kjer postaje porabijo večino svojih delovnih ur. Specifikacija transformatorja, ki vključuje integrirano korekcijo faktorja moči (ali kondenzatorsko baterijo, zasnovano ob nabavi in ​​ne naknadno vgrajeno po zagonu), se izogne ​​mesečnim kaznim in sprosti kapaciteto kVA, ki lahko služi dodatnim stojnicam polnilnikov brez povečanja transformatorja.

Kako Ryan Electric podpira projekte infrastrukture za polnjenje električnih vozil

Ko je razvijalec polnilnega omrežja v Kaliforniji prišel k nam z lokacijo, omejeno s 30 čevljev široko služnostjo in 12-tedenskim obdobjem gradnje, standardne kataloške enote domačih proizvajalcev niso ponujale ničesar, kar bi ustrezalo obema omejitvama. Izdelali smo prilagojen transformator z močjo 1000 kVA, nameščen na ploščici, z zmanjšanim odtisom, navitji z nazivno K-13, ki se ujemajo s harmoničnim profilom njihovih 120 kW polnilnikov, in časom izdelave, ki je bil usklajen z njihovim načrtom izdelave – ne s prevladujočim 16–20 tednom v industriji.

Ta prilagodljivost izvira iz vodenja tovarne, kjer so jedra, navitja in ohišja izdelani pod eno streho. Za [object Object] projekte naša inženirska ekipa dela na podlagi strankinih specifikacij polnilnika in postavitve lokacije, da izdela podatkovni list transformatorja - ne strani s katalogom zalog - v treh delovnih dneh po prejemu seznama tovora.

Kako je to videti za infrastrukturni projekt EV:

• Na seznamu UL in CSAtransformatorje, ki jih severnoameriška podjetja sprejemajo brez dodatnega terenskega certificiranja

• Kompaktne suhe enote iz lite smole za podzemna in zaprta parkirišča, kjer požarni predpisi izključujejo uporabo opreme, polnjene z oljem

• Transformatorji za montažo na ploščice s faktorjem K- K-4 do K-20 - namensko izdelano za harmonično okolje hitrega polnjenja z enosmernim tokom

• Standardne enote so odposlane v 8–10 tednih; po meri izdelane enote v 10–14 tednih za projekte na stisnjenih časovnih premicah

Pridobite specifikacijo transformatorja za vaš projekt polnilne postaje

Specifikacija transformatorja, ki ne upošteva harmoničnega profila, faktorja povpraševanja in fizičnih omejitev lokacije vaše določene polnilne postaje, bo pristala na pregledovalni mizi – in poslana nazaj. Inženirsko delo na sprednji strani stane nekaj ur osredotočenega izračuna. Zamuda zaradi napake stane mesece zamud v načrtu in čakanje izvajalca.

Načrtujete projekt polnjenja električnih vozil v Severni Ameriki, na Bližnjem vzhodu ali v jugovzhodni Aziji?Pošljite nam svoje število polnilnikov, raven moči na enoto in postavitev mesta. Naša ekipa inženirjev v treh delovnih dneh vrne priporočilo glede velikosti transformatorja in komercialno ponudbo.

→ Obrnite se na ekipo Ryan Electric EV Infrastructure