La risposta breve è che la maggior parte delle stazioni di ricarica richiede un trasformatore di distribuzione, che può essere classificato come trasformatore a media-bassa tensione, progettato secondo i carichi coincidenti effettivi dei caricabatterie – non secondo la loro valutazione nominale, operazioni con forniture ricche di armoniche per diverse ore durante il giorno e condizioni di fornitura specifiche per il sito. Questo si riferisce solitamente a un trasformatore montato su basamento in un parcheggio aperto, a un trasformatore in resina colata in una struttura artificiale o in un garage sotterraneo, a una sottostazione prefabbricata in una grande stazione di ricarica/deposito autobus, insieme a un insieme di trasformatori di corrente aggiuntivi che preservano la fornitura ma di solito non attirano attenzione fino al momento in cui si deve effettuare un ordine per eventuali contatori o relè di protezione.
Questa guida è per sviluppatori, appaltatori EPC e consulenti elettrici che sono responsabili della redazione del trasformatore per una stazione di ricarica EV in una specifica. Include informazioni sui tipi e le valutazioni dei trasformatori, armoniche, per mostrare esempi di dimensionamento, per discutere dei trasformatori di corrente e per fornire un elenco di controllo per i fornitori. Se sei ancora nella fase di pianificazione della rete, i nostri articoli correlati spiegano cosa dice lo studio DOE sugli aggiornamenti dei trasformatori e dei feeder e cosa rivela il rapporto di mercato sulle ricariche EV 2025 sulla domanda di trasformatori.
Quali Trasformatori Si Trovano Tra la Rete e un Caricabatterie EV?
L'acquisizione principale si riferisce al trasformatore che riduce la tensione di fornitura dell'utility da 10 a 35 kV alla tensione del caricabatterie. Nei paesi IEC, nella maggior parte dei casi, la tensione del trasformatore è 400/230 V a 50 Hz, che la maggior parte dei caricabatterie DC o AC è in grado di accettare direttamente. In Nord America, a volte viene utilizzato un trasformatore a bassa tensione per convertire 480 V in 208Y/120 V per i caricabatterie di Livello 2. Il resto di questa guida si concentra quindi sul trasformatore di sito, poiché questo è l'elemento di alto valore e a lungo termine che determina l'energizzazione di un sito.
Abbinare il Tipo di Trasformatore al Sito di Ricarica
La forma fisica di un trasformatore per stazione di ricarica EV è decisa da dove si troverà, quanta potenza attrae il sito e chi ha bisogno di accesso ad esso. La tabella sottostante fornisce il punto di partenza abituale.
| Sito | Domanda tipica | Forma abituale del trasformatore | Perché |
|---|---|---|---|
| Piazzale rurale o piccolo parcheggio con alcuni punti AC | Sotto 150 kVA | Unità a olio montata su palo o piccola montata su basamento | Costo più basso dove è già presente una linea aerea |
| Parcheggio di supermercato, hotel o ufficio con AC e DC misti | 250 a 1.000 kVA | Trasformatore a pad montato trifase | Compatto, resistente alle manomissioni, installato su una base di cemento accanto ai caricabatterie |
| Garage sotterraneo, parcheggio a più piani o seminterrato di un edificio | 250 a 2.500 kVA | Trasformatore a secco in resina colata in un involucro | Nessun olio, isolamento autoestinguente e approvazione antincendio più semplice al chiuso |
| Hub di ricarica rapida autostradale | 1 a 5 MVA | Sottostazione prefabbricata con apparecchiature di media tensione, uno o due trasformatori e un quadro LV | Consegnato come un'unità testata, che accorcia il lavoro in loco |
| Deposito per autobus o camion, spesso con solare e stoccaggio | Da 2 a 10 MVA o più | Diversi trasformatori in sottostazioni prefabbricate, a volte una connessione a 33 kV | Ridondanza e spazio per aggiungere capacità di ricarica in fasi |
Trasformatori montati su basamento per parcheggi aperti
Un trasformatore montato su basamento include l'attrezzatura del trasformatore, le connessioni in media tensione e le connessioni in bassa tensione in un'involucro bloccato. Il dispositivo può essere posizionato al bordo del parcheggio, vicino ai caricabatterie, riducendo la quantità di cavo in bassa tensione necessaria. Un caricabatterie DC con una potenza di 120kW utilizza circa 186A a 400 V, quindi ogni metro di cavo tra il trasformatore e le stazioni di ricarica aumenta il costo del rame. Subian costruisce trasformatori montati su basamento trifase configurati per la tensione di rete del progetto, gruppo vettoriale e standard.
Trasformatori a secco per garage e edifici
I vigili del fuoco e le compagnie assicurative sono diffidenti nei confronti degli apparecchi a base di olio in parcheggi chiusi. Un trasformatore a secco realizzato in resina epossidica elude il pozzetto dell'olio, il muro di sicurezza antincendio e un protocollo di controllo sufficiente che sembra essere necessario per i dispositivi a base di olio, scambiandolo per un prezzo leggermente più elevato e una richiesta per uno spazio pulito e ventilato progettato. Subian’s gamma di trasformatori a secco include il serie SCB da 6 a 10 kV unità in resina epossidica colata comunemente utilizzati nelle sottostazioni di edifici. Per un confronto più ampio, vedere la nostra guida a trasformatori a secco contro trasformatori immersi in olio.
Sottostazioni prefabbricate per hub e depositi
Nei casi in cui un sito richiede sia il proprio equipaggiamento in media tensione che almeno due trasformatori, una sottostazione costruita in fabbrica è di solito l'opzione più rapida disponibile. L'unità di anello principale, il trasformatore e il quadro LV arrivano pre-cablati e testati di tipo, lasciando solo i compiti di costruire una fondazione, tirare cavi e mettere in servizio in loco. Subian’s Sottostazione prefabbricata serie YB e Sottostazione Combinata Serie ZGS coprono questo ruolo, e il nostro guida alla sottostazione compatta spiega come specificarne uno. Come il nostro rapporto sul mercato della ricarica EV 2025 mostra, la potenza media dei caricabatterie pubblici continua a crescere, quindi conviene lasciare spazio nel layout per un secondo trasformatore.
Quali valutazioni dovrebbe avere un trasformatore per una stazione di ricarica EV?
Tensione, Taps e Gruppo Vettoriale
Nel caso di tensioni di alimentazione primarie, ci si aspetta che corrispondano ai livelli di tensione della rete elettrica locale collegata e ciò significa che è compreso tra 10 e 33 kV secondo le specifiche IEC o tra 12,4 e 34,5 kV in Nord America. Il secondario dovrebbe corrispondere all'ingresso del caricabatterie e tipicamente ha una tensione nominale di 400 V per le specifiche IEC e 480 V per il Nord America. Un cambiavalute senza carico può affrontare il problema della tensione di alimentazione primaria errata, tuttavia, è necessario controllare le specifiche del caricabatterie poiché alcuni caricabatterie subiscono una diminuzione delle prestazioni quando la tensione di ingresso è inferiore a quella prevista.
Per le applicazioni di ricarica rapida in corrente continua, Dyn11 è il gruppo vettoriale comunemente utilizzato in tutti i paesi standard IEC. Il nostro articolo su come funziona un trasformatore delta-stella copre le basi.
Impedenza e Livello di Cortocircuito
L'impedenza è un compromesso. Il suo alto valore riduce la corrente di guasto che scorre attraverso l'apparecchiatura di bassa tensione e mantiene l'autoprotezione dei caricabatterie entro i loro limiti; d'altra parte, aumenta la caduta di tensione e causa una maggiore distorsione della tensione del trasformatore armonico. Secondo la IEC 60076-5, l'impedenza minima di cortocircuito per i trasformatori con potenze inferiori a 630 è del 4 percento, mentre per quelli con potenze comprese tra 631 e 1250 kVA è del 5 percento, che è il caso per la maggior parte dei produttori di trasformatori.
Perdite: Abbinare il Design al Profilo di Carico
I caricabatterie rapidi pubblici su un'autostrada possono rimanere inattivi per gran parte della giornata, quindi la perdita del nucleo a vuoto che scorre 24 ore su 24 domina la bolletta energetica. Un design a nucleo amorfo, come il trasformatore a secco in lega amorfa della serie SCBH da 10 kV di Subian , riduce drasticamente quella perdita inattiva. Un deposito di autobus è l'opposto: il trasformatore funziona vicino al carico massimo per sei-otto ore ogni notte, quindi la perdita di carico è più importante. Comunica al fornitore quale modello segue il tuo sito e controlla le normative locali sulle perdite, come i requisiti di ecodesign dell'UE per i trasformatori di distribuzione., Armoniche e Fattore K: L'Aspetto Che Viene Trascurato nella Maggior Parte delle Specifiche.
Tutti i caricabatterie EV sono responsabili della conversione della corrente alternata in corrente continua, operando quindi come un tipo di carico non lineare. I semplici raddrizzatori a diodi a sei impulsi sono responsabili della produzione di una corrente alternata contenente armoniche dei numeri 5°, 7°, 11° e 13°. La maggior parte dei moderni caricabatterie ad alta potenza utilizza l'active front end o il raddrizzatore di Vienna. Per dimostrare la capacità efficace del raddrizzatore di Vienna, un articolo di IEEE Access ha indicato che la distorsione della corrente di ingresso potrebbe essere inferiore a 3.3% e rimanere al di sotto del comune requisito di 5% come indicato in IEEE 519.
Tutti i caricabatterie EV sono responsabili della conversione della corrente alternata in corrente continua, operando così come un tipo di carico non lineare.
L'aumento delle correnti armoniche porterà all'incremento delle correnti parassite e delle perdite parassite, il che significherà che il trasformatore funzionerà in condizioni più calde del previsto, in base al suo carico in kVA. IEEE C57.110 è responsabile della fornitura di un algoritmo per misurare la derating basata su uno o un altro spettro armonico. Negli Stati Uniti, i trasformatori di tipo secco possono essere trovati sotto le marcature di tipo K a seconda del fattore K presentato (UL 1561). Alcuni produttori raccomandano trasformatori di tipo K-9 per i caricabatterie di Livello 1 e Livello 2 e K-4 per i casi in cui l'ambito del carico EV è relativamente piccolo. Non ci sono pratiche in cui vengono applicate le pratiche di valutazione del fattore K, quindi sarebbe più saggio fornire al produttore lo spettro di corrente armonica previsto.
| Front end del caricabatterie | Ordini armonici dominanti | THD di corrente tipica | Cosa significa per il trasformatore |
|---|---|---|---|
| Rettificatore a diodi a sei impulsi | 5°, 7°, 11°, 13° | Alto; di solito supera i limiti IEEE 519 e IEC senza mitigazione | Derating secondo IEEE C57.110, specificare un'unità con fattore K, o aggiungere filtraggio |
| Rettificatore a dodici impulsi | 11°, 13°, 23°, 25° | Molto più basso rispetto al sei impulsi, con il 5° e il 7° ampiamente cancellati | Perdita extra moderata; di solito coperta da un margine modesto |
| Front end attivo o rettificatore di Vienna | Ordini superiori a basso livello | Di solito sotto il 5 percento a carico nominale | Il design standard è generalmente adeguato; confermare con i dati del caricabatterie |
Due tecniche che possono essere implementate per minimizzare il problema sono lo spostamento di fase e la valutazione completa dell'installazione. Lo spostamento di fase riguarda la distribuzione dei caricabatterie tra due trasformatori o avvolgimenti secondari con un angolo di differenza di fase pari a 30 gradi, il che aiuterà nella cancellazione delle armoniche 5° e 7° a livello upstream. La seconda tecnica suggerisce di effettuare una valutazione dell'intera installazione. Va notato che la IEC 61000-3-12 definisce gli standard armonici e stabilisce i limiti per il funzionamento delle attrezzature che superano i 16 A e fino a 75 A per ciascuna fase.
Come dimensionare un trasformatore per una stazione di ricarica EV
Il nostro guida del rapporto DOE funziona attraverso un hub di ricarica rapida DC puro, e il articolo del rapporto di mercato dimensiona un deposito di autobus. Molti progetti reali sono misti, quindi qui c'è un sito di vendita al dettaglio con ricarica AC e DC oltre a un carico di edificio esistente.
Assunzioni: quattro caricabatterie DC da 120kW hanno un fattore di coincidenza del 75 percento a causa della gestione del carico, con un'efficienza del 95 percento e un fattore di potenza di 0.98. Dodici caricabatterie AC da 22kW sono stati considerati con un fattore di diversità del 50 percento, poiché i veicoli rimangono parcheggiati per diverse ore; valore di potenza di 60kVA del carico esistente di illuminazione, refrigerazione e officina; più il 20 percento di riserva per i caricabatterie e il riscaldamento armonico.
| Carico | Calcolo | Risultato |
|---|---|---|
| Caricabatterie DC | 4 × 120 kW × 0.75 ÷ 0.95 ÷ 0.98 | Circa 387 kVA |
| Caricabatterie AC | 12 × 22 kW × 0.50 ÷ 0.99 | Circa 133 kVA |
| Carico dell'edificio esistente | Come misurato | 60 kVA |
| Domanda totale coincidente | 387 + 133 + 60 | Circa 580 kVA |
| Con un margine del 20 percento | 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 trasformatore di ricarica 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 sottostazione compatta per accumulo energetico 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 liquido 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.
| Posizione | Tipo di CT | Scopo | Specifica tipica |
|---|---|---|---|
| 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 trasformatore di corrente a bilanciamento del nucleo; 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
| Voce | 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 |
| Classificazioni | kVA, primary and secondary voltage, frequency, tap range, vector group and impedance |
| Armoniche | Charger current THD or harmonic spectrum, and any K-factor requirement |
| Costruzione | Oil-immersed or dry-type, pad-mounted, kiosk or prefabricated substation, enclosure protection degree |
| Perdite | 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 |
| Normative e documenti | IEC 60076 or IEEE C57, IEC 62271-202 for prefabricated substations, IEC 61869-2 for CTs, test reports and drawings |
Domande frequenti
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.
Riferimenti
- 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
- Stazione di ricarica, Wikipedia
Choosing a del trasformatore per una stazione di ricarica EV 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, nuove sottostazioni energetiche 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 pagina di contatto, e i nostri ingegneri risponderanno con un controllo delle dimensioni, disegni e un preventivo di fabbrica.