La réponse courte est que la majorité des stations de recharge nécessitent un transformateur de distribution, qui peut être classé comme un transformateur de moyenne à basse tension, et conçu selon les charges réelles coïncidentes des chargeurs – et non selon leur puissance nominale, l'opération avec des fournitures riches en harmoniques pendant plusieurs heures tout au long de la journée et les conditions d'approvisionnement spécifiques au site. Cela fait généralement référence à un transformateur monté sur socle dans un parking ouvert, à un transformateur de type résine coulé dans une structure artificielle ou un garage souterrain, à une sous-station préfabriquée dans une grande station de recharge/dépôt de bus, ainsi qu'à un ensemble de transformateurs de courant supplémentaires qui préservent l'approvisionnement mais qui n'attirent généralement pas l'attention jusqu'au moment de passer une commande pour des compteurs ou des relais de protection.
Ce guide est destiné aux développeurs, aux entrepreneurs EPC et aux consultants en électricité qui sont responsables de l'intégration d'un transformateur pour une station de recharge de VE dans une spécification. Il comprend des informations sur les types et les puissances des transformateurs, les harmoniques, pour montrer des exemples de dimensionnement, discuter des transformateurs de courant et fournir une liste de contrôle pour les fournisseurs. Si vous êtes encore à l'étape de planification du réseau, nos articles complémentaires expliquent ce que l'étude du DOE dit sur les mises à niveau des transformateurs et des feeders et ce que le rapport de marché sur la recharge de VE de 2025 révèle sur la demande de transformateurs.
Quels transformateurs se trouvent entre le réseau et un chargeur de VE ?
L'acquisition principale fait référence au transformateur qui réduit la tension d'alimentation de l'utilitaire de 10 à 35 kV à la tension du chargeur. Dans les pays IEC, dans la plupart des cas, la tension du transformateur est de 400/230 V à 50 Hz, que la plupart des chargeurs DC ou AC peuvent accepter directement. En Amérique du Nord, un transformateur à très basse tension sera parfois utilisé pour convertir 480 V en 208Y/120 V pour les chargeurs de niveau 2. Le reste de ce guide se concentre donc sur le transformateur de site, car c'est l'élément de grande valeur et à long délai qui détermine l'énergisation d'un site.
Adapter le type de transformateur au site de recharge
La forme physique d'un transformateur de station de recharge de VE est déterminée par l'endroit où il sera installé, la puissance que le site consomme et qui doit y avoir accès. Le tableau ci-dessous donne le point de départ habituel.
| Site | Demande typique | Forme habituelle du transformateur | Pourquoi |
|---|---|---|---|
| Aire de service rurale ou petit parking avec quelques points AC | Moins de 150 kVA | Unité à huile montée sur poteau ou petit transformateur monté sur socle | Coût le plus bas là où une ligne aérienne est déjà présente |
| Parking de supermarché, d'hôtel ou de bureau avec AC et DC mélangés | 250 à 1 000 kVA | Transformateur monté sur socle triphasé | Compact, résistant aux manipulations, installé sur une dalle en béton à côté des chargeurs |
| Garage souterrain, parking à plusieurs étages ou sous-sol de bâtiment | 250 à 2 500 kVA | Transformateur de type sec en résine coulé dans un enclos | Pas d'huile, isolation auto-extinguible et approbation incendie plus facile à l'intérieur |
| Hub de recharge rapide sur autoroute | 1 à 5 MVA | Sous-station préfabriquée avec appareillage MV, un ou deux transformateurs et un tableau LV | Livré en une unité testée, ce qui réduit le travail sur site |
| Dépôt de bus ou de camion, souvent avec solaire et stockage | 2 à 10 MVA ou plus | Plusieurs transformateurs dans des sous-stations préfabriquées, parfois une connexion 33 kV | Redondance et possibilité d'ajouter la capacité de charge par étapes |
Transformateurs montés sur socle pour parkings ouverts
Un transformateur monté sur socle comprend l'équipement du transformateur, les connexions à moyenne tension et les connexions à basse tension dans un enclos verrouillé. L'appareil peut être situé au bord du parking, près des chargeurs, réduisant ainsi la quantité de câble basse tension nécessaire. Un chargeur DC d'une puissance de 120 kW utilise environ 186 A à 400 V, donc chaque mètre de câble entre le transformateur et les stations de charge augmente le coût du cuivre. Subian construit des transformateurs montés sur socle triphasés configuré selon la tension du réseau du projet, le groupe vectoriel et la norme.
Transformateurs à sec pour garages et bâtiments
Les pompiers et les compagnies d'assurance se méfient des appareils à base d'huile dans les parkings fermés. Un transformateur à sec en résine coulée contourne le réservoir d'huile, le mur de sécurité incendie, et suffisamment de protocoles de vérification qui semblent nécessaires pour les dispositifs à base d'huile, échappant à cela pour un prix légèrement plus élevé et une exigence d'un espace propre et ventilé conçu. Subian’s transformateurs à sec comprend le série SCB 6 à 10 kV unités en résine époxy coulée couramment utilisées dans les sous-stations de bâtiment. Pour une comparaison plus large, consultez notre guide sur transformateurs à sec versus transformateurs immergés dans l'huile.
Sous-stations préfabriquées pour hubs et dépôts
Dans les cas où un site nécessite à la fois son propre équipement de commutation MT et au moins deux transformateurs, une sous-station construite en usine est généralement l'option la plus rapide disponible. L'unité de boucle principale, le transformateur et le tableau BT sont pré-câblés et testés par type, ne laissant que les tâches de construction d'une fondation, de tirage de câble et de mise en service sur site. Subian’s Sous-station préfabriquée série YB et Sous-station combinée série ZGS couvre ce rôle, et notre guide de sous-station compacte explique comment en spécifier un. Comme notre rapport sur le marché de la recharge des VE 2025 montre que la puissance moyenne des chargeurs publics continue d'augmenter, il est donc judicieux de laisser de l'espace dans la disposition pour un deuxième transformateur.
Quelles sont les caractéristiques qu'un transformateur pour une station de recharge de VE doit avoir ?
Tension, prises et groupe vectoriel
Dans le cas des tensions d'alimentation primaire, il est prévu d'aligner les niveaux de tension avec le réseau électrique local connecté, ce qui signifie qu'il s'agit soit de 10 à 33 kV selon les spécifications IEC, soit de 12,4 à 34,5 kV en Amérique du Nord. Le secondaire doit correspondre à l'entrée du chargeur et a généralement une tension nominale de 400 V pour les spécifications IEC et de 480 V pour l'Amérique du Nord. Un changeur de prises sans charge peut faire face au problème de la mauvaise tension d'alimentation primaire, cependant, il est nécessaire de vérifier les spécifications du chargeur car certains chargeurs subissent une diminution de performance lorsque la tension d'entrée est inférieure à celle attendue.
Pour les applications de recharge rapide en courant continu, Dyn11 est le groupe vectoriel couramment utilisé dans tous les pays conformes à la norme IEC. Notre article sur le fonctionnement d'un transformateur delta-étoile couvre les bases.
Impédance et niveau de court-circuit
L'impédance est un compromis. Sa valeur élevée réduit le courant de court-circuit circulant à travers le matériel de commutation basse tension et maintient l'auto-protection des chargeurs dans leurs limites ; d'autre part, elle augmente la chute de tension et provoque une plus grande distorsion de la tension du transformateur harmonique. Selon la norme IEC 60076-5, l'impédance de court-circuit minimale pour les transformateurs ayant des puissances inférieures à 630 est de 4 pour cent, tandis que pour ceux ayant une puissance comprise entre 631 et 1250 kVA, elle est de 5 pour cent, ce qui est le cas pour la plupart des fabricants de transformateurs.
Pertes : Adapter la conception au profil de charge
Les chargeurs rapides publics sur une autoroute peuvent rester inactifs pendant une grande partie de la journée, donc la perte de noyau à vide qui circule en continu domine la facture énergétique. Un design à noyau amorphe, tel que le transformateur sec en alliage amorphe de la série SCBH 10 kV de Subian, réduit considérablement cette perte d'inactivité. Un dépôt de bus est l'opposé : le transformateur fonctionne près de la pleine charge pendant six à huit heures chaque nuit, donc la perte de charge est plus importante. Indiquez au fournisseur quel modèle votre site suit et vérifiez les réglementations locales sur les pertes, telles que les exigences d'écoconception de l'UE pour les transformateurs de distribution.
Harmoniques et facteur K : L'aspect souvent négligé dans la plupart des spécifications
Tous les chargeurs de VE sont responsables de la conversion du courant alternatif en courant continu, agissant ainsi comme un type de charge non linéaire. De simples redresseurs à diodes à six impulsions sont responsables de la production d'un courant alternatif contenant des harmoniques des 5e, 7e, 11e et 13e ordres. La plupart des chargeurs haute puissance modernes utilisent l'entrée active ou le redresseur de Vienne. Pour prouver la capacité effective du redresseur de Vienne, un article d'IEEE Access a indiqué que la distorsion du courant d'entrée pouvait être inférieure à 3,3% et rester inférieure à l'exigence commune de 5% comme indiqué dans l'IEEE 519.
L'augmentation des courants harmoniques entraînera une augmentation des courants de Foucault et des pertes parasites, ce qui signifie que le transformateur fonctionnera dans des conditions plus chaudes que prévu, en fonction de sa charge en kVA. L'IEEE C57.110 est responsable de la fourniture d'un algorithme pour mesurer la réduction de puissance en fonction d'un spectre harmonique ou d'un autre. Aux États-Unis, les types de transformateurs secs peuvent être trouvés sous des marquages de type K en fonction du facteur K présenté (UL 1561). Certains fabricants recommandent des transformateurs de type K-9 pour les chargeurs de niveau 1 et de niveau 2 et K-4 pour les cas où la portée de la charge EV est relativement petite. Il n'existe pas de pratiques où les pratiques de notation du facteur K sont appliquées, il serait donc plus judicieux de fournir au fabricant le spectre de courant harmonique attendu.
| Front-end de chargeur | Ordres harmoniques dominants | THD de courant typique | Ce que cela signifie pour le transformateur |
|---|---|---|---|
| Redresseur à diodes six-pulses | 5ème, 7ème, 11ème, 13ème | Élevé ; dépasse généralement les limites IEEE 519 et IEC sans atténuation | Réduire selon l'IEEE C57.110, spécifier une unité notée K, ou ajouter un filtrage |
| Redresseur à douze-pulses | 11ème, 13ème, 23ème, 25ème | Beaucoup plus bas que le six-pulses, avec le 5ème et le 7ème largement annulés | Pertes supplémentaires modérées ; généralement couvertes par une marge modeste |
| Front-end actif ou redresseur de Vienne | Niveaux faibles, ordres supérieurs | Généralement en dessous de 5 pour cent à la charge nominale | La conception standard est généralement adéquate ; confirmer avec les données du chargeur |
Deux techniques qui peuvent être mises en œuvre pour minimiser le problème sont le décalage de phase et la réalisation d'une évaluation complète de l'installation. Le décalage de phase consiste à répartir les chargeurs entre deux transformateurs ou enroulements secondaires avec un angle de différence de phase égal à 30 degrés, ce qui aidera à annuler les 5ème et 7ème harmoniques au niveau amont. La deuxième technique suggère de réaliser une évaluation de l'ensemble de l'installation. Il convient de noter que l'IEC 61000-3-12 définit les normes harmoniques et fixe les limites pour le fonctionnement des équipements qui dépassent 16 A et jusqu'à 75 A pour chaque phase.
Comment dimensionner un transformateur pour une station de charge EV
Notre rapport DOE fonctionne à travers un hub de charge rapide DC pur, et le article de rapport de marché dimensionne un dépôt de bus. De nombreux projets réels sont mixtes, donc voici un site de vente au détail avec à la fois des charges AC et DC plus une charge de bâtiment existante.
Hypothèses : quatre chargeurs DC de 120 kW ont un facteur de coïncidence de 75 pour cent en raison de la gestion de la charge, avec une efficacité de 95 pour cent et un facteur de puissance de 0,98. Douze chargeurs AC de 22 kW ont été considérés avec un facteur de diversité de 50 pour cent, puisque les véhicules restent stationnés pendant plusieurs heures ; valeur de puissance de 60 kVA de l'éclairage existant, de la réfrigération et de la charge de l'atelier ; plus 20 pour cent de réserve pour les chargeurs et le chauffage harmonique.
| Charge | Calcul | Résultat |
|---|---|---|
| Chargeurs DC | 4 × 120 kW × 0.75 ÷ 0.95 ÷ 0.98 | Environ 387 kVA |
| Chargeurs AC | 12 × 22 kW × 0.50 ÷ 0.99 | Environ 133 kVA |
| Charge de bâtiment existante | Comme mesuré | 60 kVA |
| Demande totale coïncidente | 387 + 133 + 60 | Environ 580 kVA |
| Avec une marge de 20 pour cent | 580 × 1.2 | About 696 kVA |
| Next standard size | IEC practice / North American pad-mount | 800 kVA / 750 kVA |
The requirement for virtually the same power capacity without load management requires approximately 842 kVA at the outset and 1,011 kVA at the end, which translates into approximately 1,250 kVA according to IEC specifications. Load management is crucial as it indicates two types of transformers to be ordered and hence, should be specified ahead of the transformer order placement. For the steps between ratings, see our guide to standard transformer sizes, and for the basics, what a kVA rating means.
In addition to the above specification, the depot requires one more consideration. While standard distribution transformers can be overloaded to a certain degree due to the fact that residential loads cool down overnight, a depot that charges its buses only overnight cannot benefit from such cooling periods. It is important to follow loading instructions for oil-filled transformers given in IEC 60076-7 and for dry transformers in IEC 60076-12 since it will help to determine the precise charging patterns.
Should the Charging Site Have Its Own Transformer?
If a building has its own transformer that can supply enough electricity, several AC chargers can be connected to this supply. The U.S. multi-state grid study modelled a dedicated three-phase service transformer for every DC fast-charging site, and most utilities take the same view for anything above a few hundred kilowatts. A dedicated transformateur de recharge EV also keeps charger harmonics and voltage dips away from other customers, simplifies metering and lets the site grow without disturbing the building supply. Confirm early whether the utility or the site owner buys the unit.
In the case of mixed charging stations equipped with solar panels or batteries another check has to be performed. The transformer may also work in opposite direction in case when a battery discharges or when the power generated by solar panel exceeds the needs of the facility. Inform the producer about the specifics of the situation so that they can take them into consideration when designing the device. The article about the sous-station compacte de stockage d'énergie will tell you how storage, PCS and transformer work together.
Switchgear and Protection Around the Transformer
- MV side: a ring main unit with a load-break switch and fuses for smaller units, or a vacuum circuit breaker with a protection relay for larger ones, such as Subian’s XGN15-12 gas-insulated ring main unit ou VS1 indoor vacuum circuit breaker. Our ring main unit specification guide covers the options.
- LV side: a main breaker, an outgoing feeder for each charger or group, and surge protection. A draw-out board such as the GCS low-voltage switchgear lets individual feeders be maintained without shutting the site down.
- Residual current protection: IEC 60364-7-722 requires each charging point to be protected against DC fault current of 6 mA or more, either with a Type B RCD or with a Type A RCD plus a residual direct current detecting device complying with IEC 62955.
Which Current Transformers Does an EV Charging Station Need?
Current transformers are a separate decision from the power transformer, but they are specified at the same time. When people look for a current transformer for EV charging stations, they usually mean one of four devices, each with a different job.
| Emplacement | Type de CT | Objectif | Spécification typique |
|---|---|---|---|
| MV incoming panel | Indoor bar-type or ring-type CT with metering and protection cores | Revenue metering and relay protection of the transformer feeder | 5 A or 1 A secondary; class 0.2S or 0.5S metering; 5P or 10P protection |
| LV main board and charger feeders | Window or bar-type LV CT | Site sub-metering and per-charger energy monitoring | Class 0.5S or 0.2S, ratio matched to the feeder current |
| Incoming supply of a home or small site | Split-core CT clamp | Dynamic load management, so the charger throttles before the main fuse overloads | The rating and output signal the charger maker specifies |
| Inside AC chargers | mA-range residual current CT, AC and DC sensitive | Detects DC fault current of 6 mA or more, as IEC 62955 requires | Built in by the charger manufacturer |
Metering CTs: Choose an S Class
Charging load is variable, being almost zero when there are no bays used while charging to full load when all bays are operational. Metering classes as per standards will guarantee accuracy of measurement starting from 5 percent of rated current and there are classes that cover extended range so called class S as per IEC 61869-2 that can measure down to 1 percent of the rated current. For example, Class 0.2S would keep accuracy of measurement within plus/minus 0.2 percent for current between 20 and 120 percent of the rated current and 0.35 percent for 5 percent of the rated current. Choose the ratio closest to the maximum which we expect taking into account that 120 kW DC charger at 400 V takes approximately 186 A, thus using 200/5 CT would be sufficient. Transformer used in our examples is rated for 800 kVA and full load current is approximately 1155 A thus 1250/5 CT is used.
Protection CTs on the Medium-Voltage Side
On the MV side, protection cores of class 5P or 10P feed the overcurrent and earth-fault relay. A 4 MVA depot transformer at 10 kV has a full-load current of about 231 A, so a 300/5 ratio leaves room for expansion. Subian’s LSY-10 integrated three-phase current transformer combines three cores in one unit for 10 kV switchgear, with primary ratings from 100 A to 1,000 A, metering classes 0.5 and 0.2S, and protection classes 5P and 10P. For wiring practice, see our guide to current transformer connection; for earth-fault detection on MV cables, our article on the transformateur de courant à équilibre de noyau; and for budgets, the cost of a current transformer. Never leave a CT secondary open while the primary is energised.
CT Clamps for Dynamic Load Management
Many residential and small business users opt to install a charger even when they do not upgrade their electrical supply. What this means is that a split-core CT clamp is attached to the incoming energy source wire right before the supply begins to divide into various circuits. The clamp’s job is to provide the total current to the charger so that it knows when to start reducing its level of charging. In case of a three-phase supply, three separate clamps should be used, one for each phase, and they should be pointing in the direction from supply to load. The clamp itself should be the one recommended by the charger manufacturer.
Why the DC Side Uses Shunts, Not CTs
Generators of current employ the principle of magnetic induction and can thus only measure alternating current. DC power is measured with a shunt or Hall effect sensor in a DC energy meter; static DC meters of classes 0.5 and 1, included in IEC 62053-41, refer to electric vehicle charging stations measuring both the AC and DC sides. DC metering only bills for the energy delivered to the vehicle, while AC metering through current transformers reflects charger losses. Therefore, it is essential to find out what your charging service billing rules indicate.
EV Charging Station Transformer Specification Checklist
| Article | What to state |
|---|---|
| Charger list | Number, rating and type of every charger, AC and DC, plus any existing site load |
| Load assumptions | Coincidence or diversity factor, load-management scheme and a daily charging profile |
| Évaluations | kVA, primary and secondary voltage, frequency, tap range, vector group and impedance |
| Harmoniques | Charger current THD or harmonic spectrum, and any K-factor requirement |
| Construction | Oil-immersed or dry-type, pad-mounted, kiosk or prefabricated substation, enclosure protection degree |
| Pertes | Maximum no-load and load losses, or the applicable efficiency regulation |
| Current transformers | Ratio, accuracy class, burden and secondary current for each metering and protection point |
| Site and power flow | Ambient temperature, altitude, flood and corrosion risk, and whether solar, storage or vehicle-to-grid will send power back |
| Normes et documents | IEC 60076 or IEEE C57, IEC 62271-202 for prefabricated substations, IEC 61869-2 for CTs, test reports and drawings |
Questions Fréquemment Posées
What size transformer does an EV charging station need?
The amount of that capacity running simultaneously, among other things, is determined by the amount and rating of the chargers. From the example worked out earlier, the demand is approximately 580 kVA, consisting of 4 120 kW DC chargers and 12 22 kW AC chargers working in the load management mode, after which it becomes an 800 kVA transformer according to IEC standards after applying a 20 percent margin.
Do EV chargers need a K-factor transformer?
There are exceptions, as chargers equipped with front-end rectifiers and distortion factors below approximately 5 percent can work properly with a regular transformer. Earlier six-pulse designs also allow for a K-rated transformer for North American operations or a transformer that meets the specified harmonic spectrum in IEC markets.
What current transformer is used in an EV charging station?
There are exceptions, as chargers equipped with front-end rectifiers and distortion levels below about 5 percent can successfully operate with an ordinary transformer. Earlier six-pulse designs enable the use of a K-rated transformer for North America or any transformer compliant with the required harmonic spectrum applicable to IEC markets.
Can a current transformer measure DC charging current?
No. A CT measures only alternating current. DC output is measured with a shunt or Hall-effect sensor in a DC energy meter, typically one built to IEC 62053-41.
Références
- IEEE 519-2022: Standard for Harmonic Control in Electric Power Systems
- IEC 62955: Residual direct current detecting device for mode 3 EV charging
- IEC 62053-41: Static meters for DC energy
- Harmonics (electrical power), Wikipedia
- Current transformer, Wikipedia
- Station de recharge, Wikipédia
Choosing a d'un transformateur pour une station de recharge de VE comes down to sizing on real demand, designing for harmonics and the daily load cycle, picking the form that fits the site, and specifying the current transformers that meter and protect it. Jiangsu Subian Electric Power Equipment Co., Ltd. designs and builds pad-mounted and dry-type transformers, prefabricated substations, des sous-stations d'énergie nouvelle and integrated current transformers for charging hubs, car parks and fleet depots, configured to your network voltage and standard. Send your charger list, grid voltage and site conditions through our page de contact, et nos ingénieurs répondront avec un contrôle de dimensionnement, des dessins et un devis d'usine.